Une méthode simple mais élégante de mesure de la gravité de surface d'une étoile vient d'être découverte. Développée par une équipe d’astronomes et dirigée par le professeur Vanderbilt de physique et d’astronomie, Keivan Stassun, cette nouvelle technique mesure le «scintillement» d’une étoile.
Avec une incertitude allant de 50% à 200%, les astronomes ont hâte de saisir une nouvelle façon de mesurer la gravité de la surface d'une étoile qui égalisera les règles du jeu. En obtenant des chiffres améliorés pour une grande variété d'étoiles à des distances variées, cette nouvelle méthode pourrait réduire de moitié le chiffre d'incertitude.
"Une fois que vous connaissez la gravité de la surface d'une étoile, vous n'avez besoin que d'une autre mesure, sa température, qui est assez facile à obtenir, pour déterminer sa masse, sa taille et d'autres propriétés physiques importantes", a déclaré Stassun.
«Bien mesurer la gravité des surfaces stellaires a toujours été une entreprise difficile», a ajouté Gibor Basri, professeur d'astronomie à l'Université de Californie à Berkeley, qui a contribué à l'étude. "C'est donc une très agréable surprise de constater que le scintillement subtil de la lumière d'une étoile offre un moyen relativement facile de le faire."
Comment pouvons-nous actuellement mesurer la gravité de la surface stellaire? Jusqu'à présent, les astronomes s'appuyaient sur trois méthodes: photométrique, spectroscopique et astérosismique. Cette nouvelle méthode de mesure, connue sous le nom de «méthode du scintillement», est beaucoup plus simpliste que les méthodes précédentes et est en fait plus précise que deux d'entre elles. Jetons un œil aux trois méthodes actuellement acceptées…
Pour la photométrie, on regarde à quel point une étoile brille de différentes couleurs. Comme un graphique, ces motifs révèlent la composition chimique, la température et la gravité de surface. Capables d'être utilisées sur de faibles étoiles, les données photométriques sont faciles à observer, mais elles ne sont pas très précises. Il varie avec une incertitude de 90 à 150 pour cent. Semblable aux observations photométriques, la technique spectroscopique examine la couleur, mais examine de plus près les émissions élémentaires de l'atmosphère stellaire. Bien qu'il ait un taux d'incertitude inférieur de 25 à 50%, il est limité aux étoiles plus brillantes. Comme un code à barres, il mesure la gravité de surface par la largeur des lignes spectrales: la gravité élevée est dispersée, tandis que la gravité inférieure est étroite. En astérosismologie, la précision augmente à seulement quelques pour cent, mais les mesures sont difficiles à obtenir et se limitent aux étoiles brillantes proches. Dans cette technique, le son voyageant à l'intérieur de l'étoile est mesuré et les fréquences spécifiques associées à la gravité de surface sont localisées. Les étoiles géantes pulsent naturellement à un pas bas tandis que les petites étoiles se répercutent à un plus haut. Imaginez le gong d'une grosse cloche par opposition au tintement d'une petite.
Alors, qu'est-ce que le scintillement? Dans la méthode du scintillement, les différences de luminosité de l’étoile sont mesurées, en particulier les variations qui se produisent en huit heures ou moins. Ces variations semblent être liées à la granulation de surface, l'interconnexion de «cellules» recouvrant la surface stellaire. Ces régions sont formées de colonnes de gaz s'élevant d'en bas. Pour les étoiles qui ont une gravité de surface élevée, la granulation semble être plus fine et elles scintillent plus rapidement, tandis que les étoiles avec une gravité de surface faible affichent une granulation grossière et scintillent lentement. L'enregistrement du scintillement est un processus simple, qui n'implique que cinq lignes de code informatique pour créer une mesure de base. Grâce à sa facilité et sa simplicité, il réduit non seulement les frais d'obtention de données, mais élimine également une grande partie de l'effort nécessaire pour mesurer la gravité de surface d'un grand nombre d'étoiles.
«Les méthodes spectroscopiques sont comme la chirurgie. L'analyse est méticuleuse et impliquée et très fine », a déclaré Stassun. «Le scintillement ressemble plus à l'échographie. Vous exécutez simplement la sonde autour de la surface et vous voyez ce que vous devez voir. Mais son pouvoir diagnostique - au moins dans le but de mesurer la gravité - est aussi bon sinon meilleur. »
La méthode du scintillement est-elle précise? En plaçant les mesures côte à côte avec l'astérosismologie, les chercheurs ont déterminé qu'il avait un facteur d'incertitude inférieur à 25 pour cent - meilleur que les résultats spectroscopiques et photométriques. Sa seule mauvaise caractéristique est qu'il exige des données précises prises sur de longues périodes. Cependant, un instrument spécialisé, Kepler, a déjà fourni une grande quantité d'informations qui peuvent être recyclées. Grâce à ses dizaines de milliers d'observations d'étoiles surveillées pour les exoplanètes, les données de Kepler sont facilement disponibles pour de futurs examens de scintillement.
"La précision exquise des données de Kepler nous permet de surveiller le barattage et les ondes à la surface des étoiles", a déclaré Joshua Pepper, membre de l'équipe, professeur adjoint de physique à l'Université de Lehigh. "Ce comportement provoque des changements subtils de la luminosité d'une étoile sur une échelle de temps de quelques heures et nous indique en détail dans quelle mesure ces étoiles se trouvent dans leur durée de vie évolutive."
Comment le scintillement a-t-il été découvert? L'étudiante diplômée Fabienne Bastien a été la première à remarquer quelque chose d'un peu différent en utilisant un logiciel de visualisation spécial pour examiner les données Kepler. Ce logiciel, développé par les astronomes de Vanderbilt, était à l'origine destiné à étudier de grands ensembles de données astronomiques multidimensionnels. (L'outil de visualisation des données qui a permis cette découverte, appelé Filtergraph, est gratuit pour le public.)
"Je traçais divers paramètres à la recherche de quelque chose qui soit en corrélation avec la force des champs magnétiques des étoiles", a déclaré Bastien. "Je ne l'ai pas trouvé, mais j'ai trouvé une corrélation intéressante entre certains modèles de scintillement et la gravité stellaire."
Bastien a ensuite signalé sa découverte à Stassun. Tout aussi curieux, le couple a alors décidé d'essayer la nouvelle méthode sur les courbes de lumière Kepler archivées de plusieurs centaines d'étoiles semblables au soleil. Selon le communiqué de presse, lorsqu'ils ont cartographié la luminosité moyenne d'une étoile particulière par rapport à son intensité de scintillement, ils ont remarqué un motif. «À mesure que les étoiles vieillissent, leur variation globale diminue progressivement au minimum. Ceci est facilement compris car la vitesse à laquelle une étoile tourne tourne progressivement avec le temps. À mesure que les étoiles approchent de ce minimum, leur scintillement commence à croître en complexité - une caractéristique que les astronomes ont appelée «crépitement». Une fois qu'ils atteignent ce point, qu'ils appellent le plancher scintillant, les étoiles semblent maintenir ce faible niveau de variabilité pour le reste de leur vie, bien qu'il semble augmenter à nouveau lorsque les étoiles approchent de la fin de leur vie en tant qu'étoiles géantes rouges . "
"C'est une nouvelle façon intéressante de regarder l'évolution stellaire et une façon de mettre l'évolution future de notre Soleil dans une perspective plus grandiose", a déclaré Stassun.
Alors, quel est l'avenir de notre Soleil selon le scintillement? Lorsque les chercheurs ont échantillonné la courbe de lumière du Soleil, ils l'ont trouvée «planant juste au-dessus du plancher scintillant». Cette mesure les amène à émettre l'hypothèse que Sol se transformera en «état de variabilité minimale et, dans le processus, perdra ses taches». Serait-ce la raison pour laquelle nous ne voyons pas autant d'activité que prévu pendant le temps solaire maximal actuel, ou s'agit-il simplement d'une nouvelle théorie où il est trop tôt pour faire des hypothèses? Nous appellerons votre scintillement et vous élèverons deux places…
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse Vanderbilt.
