Des astronomes québécois et français sondent l’intérieur des étoiles avec des ondes sismiques

- 14:57 - - Nouvelles

L’analyse des pulsations stellaires a permis à une équipe de chercheurs de l’Université de Montréal et de l’Université de Toulouse d’explorer l’intérieur d’une étoile. Cette observation a conduit à la découverte d’un important freinage de la rotation interne des étoiles avant qu’elles n’atteignent le stade de naines blanches, soit le dernier stade de l’évolution pour des étoiles semblables au soleil. « Notre étude démontre que le ralentissement important de la rotation interne d’une étoile fait partie du processus d’évolution vers le stade de naine blanche, » explique Gilles Fontaine, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal et membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ).

Dans 5 milliards d'années environ, le Soleil aura évolué vers sa phase ultime et prendra la forme d'une étoile naine blanche. Ces astres sont les résidus de cœurs stellaires mis à nu. Devenus inertes, ils se refroidissent et s'éteignent lentement. Cette évolution est le sort de plus de 95% des étoiles dans l'Univers. Les naines blanches sont des étoiles très compactes qui « pèsent » environ 60 % de la masse du Soleil mais dont les dimensions sont celles de notre planète Terre (soit à peine un centième du rayon solaire). Si le Soleil et les étoiles devaient conserver tout au long de leur vie le mouvement de rotation acquis durant leur formation, les naines blanches, à cause de leurs tailles réduites, devraient tourner très rapidement sur elles mêmes avec des périodes de quelques secondes à peine. C’est le même principe, celui de la conservation du moment cinétique, qui s’applique comme dans l’exemple de la patineuse qui, ramenant ses bras sur elle-même, tourne de plus en plus rapidement. Or, la surface des naines blanches semble relativement figée avec des périodes de rotation de plusieurs heures, voire plusieurs années. Mais qu'en est-il au juste de la rotation dans les zones internes, inaccessibles à l'observation directe? Se pourrait-il qu’une naine blanche « cache » son moment cinétique dans ces régions profondes qui tourneraient beaucoup plus rapidement que les zones superficielles?

Les différentes ondes sismiques que l’on peut rencontrer dans une étoile.

Les trois chercheurs de l’équipe montrent que GW Virginis, l’étoile étudiée, est en rotation lente et rigide sur au moins 90% de son rayon, englobant la quasi-totalité (plus de 97 %) de sa masse, éliminant du coup la possibilité d’un cœur en rotation rapide. Sa période de rotation rigide est estimée à 33.6 heures. Ce résultat indique que l'étoile, probable descendante d'un lointain Soleil ou d'une étoile similaire, a vraisemblablement subi un freinage extrêmement important de sa rotation avant de devenir une naine blanche. Les trois chercheurs estiment que l’énergie de rotation résiduelle de GW Virginis correspond à peine à 0.000001% de son énergie thermique interne responsable de sa luminosité, ce qui implique que cette étoile a perdu essentiellement tout son moment cinétique au cours de phases évolutives antérieures. Puisque GW Virginis est une étoile représentative des naines blanches en formation, ceci conforte les théories qui évoquent des mécanismes forts de freinage de la rotation interne des étoiles au cours de leur évolution et élimine les autres.

La technique utilisée pour arriver à ce résultat – l'astérosismologie -- permet d'exploiter les pulsations stellaires pour sonder l'intérieur des étoiles, à l’image des géophysiciens qui étudient les ondes sismiques terrestres pour déterminer la structure interne de notre planète. Elle ouvre des perspectives importantes pour mieux connaître l’évolution structurelle et dynamique des étoiles sous l'action de processus physiques complexes.

Cette découverte est publiée dans la prestigieuse revue Nature en date du 24 septembre 2009 : Charpinet1, Fontaine2 & Brassard : «Seismic evidence for the loss of stellar angular momentum before the white dwarf stage». Cette recherche a été financée par le CRSNG3 et le FQRNT4. Gilles Fontaine remercie aussi la contribution du programme des chaires de recherches du Canada.

Le Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ)

S. Charpinet, G. Fontaine et P. Brassard, Seismic evidence for the loss of stellar angular momentum before the white-dwarf stage, Nature 461, 501-503 (24 September 2009)

Pour de plus amples renseignements :

Gilles Fontaine
Téléphone : 514-343-6111 poste: 47666
Courriel : fontaine@astro.umontreal.ca

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