Certaines étoiles présentent des pulsations qui ressemblent à un battement cardiaque

Pour l’anecdote personnelle, le Guru aurait dû publier 5 magnifiques articles hier, qu’il avait mis 20 heures à rédiger et qui ont disparu suite à une panne de disque dur, juste avant de les sauvegarder sur la toile… Dans la nuit suivante, il put redescendre une sauvegarde de son système, mais datant d’il y a 5 jours. Tout cela pour justifier, s’il le fallait, du peu de publications aujourd’hui, les risques du métier…

Pour la première fois, des astronomes ont été en mesure de réduire le bruit de fond de l’univers pour découvrir qu’une classe particulière d’étoiles émet des pulsations rythmiques, un peu comme les battements cardiaques d’une personne.

On les appelle les étoiles variables de type delta Scuti, et elles tournent si rapidement qu’elles s’aplatissent légèrement, brouillant leurs pulsations et produisant ce qui semble être le chaos.

De ce chaos, nous avons maintenant de l’ordre : grâce aux données recueillies par le télescope spatial TESS, des modèles de pulsations régulières et à haute fréquence ont été identifiés dans 60 étoiles delta Scuti de masse intermédiaire, allant de 1,5 à 2,5 fois la masse du Soleil.

Selon l’astronome Tim Bedding de l’université de Sydney en Australie :

Les étoiles delta Scuti pulsent clairement de manière intéressante, mais les modes de ces pulsations ont jusqu’à présent défié toute compréhension.

Pour utiliser une analogie musicale, beaucoup d’étoiles pulsent le long d’accords simples, mais les étoiles delta Scuti sont complexes, avec des notes qui semblent être mélangées. TESS nous a montré que ce n’est pas le cas pour toutes.

Les pulsations stellaires ne sont pas un phénomène inhabituel. Beaucoup d’étoiles, peut-être même toutes, oscillent (mode de vibration) selon des modèles rythmiques, provoqués par des ondes acoustiques qui rebondissent à l’intérieur de l’étoile. On pense que ces ondes sont créées par la convection et le champ magnétique de l’étoile, et qu’elles provoquent une légère expansion et contraction de l’étoile, comme un battement de cœur. Ce phénomène est détectable grâce aux faibles variations de la quantité de lumière émise par l’étoile.

Les ondes sonores qui rebondissent à l’intérieur d’une étoile la font se dilater et se contracter, ce qui entraîne des changements de luminosité détectables. Cette animation montre un type de pulsation Delta Scuti, appelé mode radial, qui est provoqué par des ondes (flèches bleues) se déplaçant entre le cœur et la surface de l’étoile. En réalité, une étoile peut pulser selon de nombreux modes différents, créant ainsi des modèles compliqués qui permettent aux scientifiques de connaître son intérieur. (NASA’s Goddard Space Flight Center)

Tout comme les tremblements de terre peuvent être utilisés pour sonder les entrailles de la Terre, les oscillations des étoiles peuvent révéler ce qui se passe à l’intérieur d’elles, ce qui permet d’en savoir plus sur des propriétés telles que leur âge, leur composition et leur température, un domaine connu sous le nom d’astérosismologie.

Pour collecter des données astérosismologiques, il faut observer les étoiles pendant un certain temps afin de recueillir des informations complètes sur leurs variations lumineuses. Et comme la sonde spatiale TESS a été construite précisément pour observer un grand nombre d’étoiles à la fois pour détecter leurs variations de lumière, même si elles proviennent de transits exoplanétaires (passage d’une planète devant l’étoile) plutôt que d’oscillations stellaires.

Outre ses observations à grande échelle pour la recherche d’exoplanètes, TESS a suivi de près des milliers d’étoiles delta Scuti. C’est lors de ces dernières observations que les chercheurs ont repéré quelque chose d’étonnant : un sous-ensemble d’étoiles delta Scuti qui semblait avoir des pulsations régulières.

Le télescope spatial Kepler a également observé environ 300 étoiles delta Scuti sur une période de 4 ans, et l’équipe a donc ajouté ces données à sa recherche. À l’aide d’un logiciel spécifique, ils ont analysé 92 000 courbes de lumière, ce qui a permis d’identifier 60 étoiles présentant des pulsations régulières dans les hautes fréquences.

Selon l’astronome Daniel Huber de l’Université d’Hawaï :

Les données TESS de la NASA ont permis de détecter avec précision un nombre beaucoup plus important de ces étoiles qu’auparavant. Cela a enfin permis de clarifier les choses, et nous avons pu identifier des structures régulières. C’est comme les notes d’une chanson qui se mettent enfin en place pour jouer une belle mélodie.

Une analyse plus complète des propriétés du sous-ensemble des étoiles delta Scuti qui pulsent régulièrement s’avère révélatrice : Elles sont toutes plus jeunes que les étoiles delta Scuti qui continuent à défier les règles.

Cela correspond à notre perception de l’évolution stellaire, à savoir que les fréquences de pulsation deviennent plus complexes au fur et à mesure que les étoiles vieillissent. Mais il peut aussi être utilisé comme un outil puissant.

Selon l’astronome Daniel Holdsworth de l’université du Central Lancashire au Royaume-Uni :

Nous pouvons utiliser les informations sur les intervalles réguliers dans d’autres étoiles delta Scuti pour établir un diagnostic de l’âge.

L’âge d’une étoile, ou de groupes d’étoiles, peut être difficile à déterminer, les résultats différant par un facteur de deux. Cependant, l’astérosismologie a le pouvoir de fournir des âges très précis, ce qui permet d’élargir notre compréhension de la galaxie qui nous entoure.

Les données ont déjà permis de régler un débat sur l’âge d’une étoile delta Scuti appelée HD 31901, qui fait partie du courant stellaire Pisces-Eridanus près du voisinage solaire. Deux calculs précédents avaient abouti à des âges très différents : environ 1 milliard d’années, sur la base d’une étoile géante rouge que l’on pensait faire partie du courant, et 130 millions d’années, sur la base de la rotation d’autres étoiles au sein du flux.

Sonification de l’étoile HD 31901 :

Les données astéroséismologiques de HD 31901 suggèrent qu’elle a environ 150 millions d’années, ce qui confirme le jeune âge du courant.

Selon l’astronome Simon Murphy de l’Université de Sydney :

C’est vraiment une percée. Maintenant, nous avons une série régulière de pulsations pour ces étoiles que nous pouvons étudier et comparer avec des modèles. Cela va nous permettre de mesurer ces étoiles en utilisant l’astérosismologie comme nous n’avons jamais pu le faire. Mais cela nous a aussi montré que ce n’est qu’un début dans notre compréhension des étoiles delta Scuti.

L’étude publiée dans Nature : Very regular high-frequency pulsation modes in young intermediate-mass stars et présentée sur le site de la NASA : NASA’s TESS Enables Breakthrough Study of Perplexing Stellar Pulsations.