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L'âge mûr des étoiles

  • Posté le : Lundi 25 Avril 2011
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  • par : L. Salters

Jusqu'ici, rien ne permettait de déterminer précisément l’âge des étoiles. C’est chose faite, grâce au travail d’une équipe d’astronomes usant de techniques de sismologie stellaire.

SoleilLe soleil, notre étoile. Et géante rouge en devenir...
© TRACE Project, Stanford-Lockheed Institute for Space Research, NASA

Elles ont quel âge les étoiles ?” Une question que le Petit Prince de Saint-Exupéry aurait pu poser. Dans le cas d’espèce, les astrophysiciens cherchent une réponse à cette interrogation depuis des années déjà : comment déterminer l’âge et la durée de vie des Géantes rouges, ces étoiles qui en sont déjà à un stade avancé de leur évolution ? Car à l’oeil nu, elles ne montrent pas de différence notable.
Un pas déterminant vient d’être franchi. Un collectif de scientifiques regroupant différentes équipes de plusieurs instituts de recherche (1) a réussi, au terme de treize mois d’observations, à identifier de façon plus claire les réactions de fusion nucléaire au coeur même d’une étoile, comme dans ses couches plus externes. Leurs travaux viennent d’être publiés dans la revue Nature datée du 31 mars 2011.

Pour bien comprendre, il faut savoir qu’une étoile se consume dans son premier âge en brûlant de l’hydrogène en son coeur. Au bout de quelques milliards d’années, les réactions nucléaires de fusion se déplacent vers l’extérieur. L’étoile grandit et devient rouge, d’où le surnom de Géante rouge. Dans le même temps, le coeur de l’étoile, privé d’énergie, se contracte et se densifie. Arrive ensuite une phase de transition rapide... de quelques dizaines de millions d’années tout de même. Il y a alors ce que les astronomes nomment un “flash”, qui marque le début du deuxième âge où le coeur de l’ étoile se met à brûler de l’hélium. Ce sont les deux étapes mises en avant par l’étude. Ceci va donc permettre aux astronomes de distinguer plus facilement les deux stades évolutifs des Géantes rouges : fusion de l’hydrogène puis fusion de l’hélium.

Variations minimes

Pour arriver à ces conclusions, les scientifiques ont utilisé deux satellites : Kepler, de la Nasa, et CoRot, du Centre national d’études spatiales (Cnes). Ils ont aussi fait appel à des techniques de sismologie spatiale. “Le principe est le même que pour les tremblements de terre, explique Kevin Belkacem, chercheur à l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS), basé à Orsay, dont la contribution à cette étude à consisté en l’interprétation des données recueillies par le satellite CoRot. En sismologie, on observe les ondes produites par les mouvements de plaques. On les mesure puis on les compare à un modèle théorique pour les interpréter. De cette manière on arrive à deviner la structure interne de la terre. Nous avons procédé au même type d’observation pour les étoiles observées. Nous avons interprété la manière dont leur luminosité oscille sur une longue période, environ 13 mois. Mais ces variations sont minimes. Pour être sûr des résultats, nous avons dû procéder à ces observations sur des milliers d’étoiles afin d’établir des moyennes.

Les chercheurs ont distingué dans leurs analyses les ondes acoustiques (qui proviennent des couches externes), et les ondes de gravité (qui proviennent directement du coeur des étoiles). “Ensuite, il nous a fallu dépouiller les données, continue Kevin Belkacem. Nous avons comparé nos observations avec nos modèles théoriques. Jusqu’ici, on avait une grande méconnaissance de l’intérieur des Géantes rouges. Mais les deux missions, Kepler et CoRot, nous ont permis d’apporter des éléments de réponse déterminants. Avant ces deux satellites, nous ne connaissions qu’une dizaine d’étoiles rouges oscillantes ! ”
De son côté, notre bon vieux Soleil n’en est encore qu’à brûler ses réserves d’hydrogène en son coeur. Il a encore le temps - cosmique - de grandir.



(1)    Ont participé à cette étude le laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot) ;  le laboratoire d’astrophysique, d’instrumentation et de modélisation de Paris Saclay (CEA-Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers, CNRS, Université Paris Diderot) ; l'institut d’astrophysique spatiale (CNRS, Université Paris-Sud 11).