4 Janvier 2016

L'âge des étoiles en question

Une équipe internationale de chercheurs a établi que la méthode habituelle utilisée pour mesurer l'âge des étoiles doit être révisée.

Cette équipe, incluant le Service d’Astrophysique- Laboratoire AIM au CEA-Irfu soutenu par le CNES, a établi que la mesure des âges stellaires calculés à partir du taux de rotation des étoiles, ou gyrochronologie, doit être révisée pour des étoiles plus âgées que le Soleil. Ces étoiles ralentissent moins vite que prévu à partir d’un certain âge, proche de celui du Soleil. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature du 4 Janvier 2016.

L'horloge de la rotation

En comparant les âges d’étoiles obtenus grâce à deux méthodes de calculs, sismique et gyrochronologique, les scientifiques ont établi que la rotation des étoiles ralentit moins vite que prévu à partir d’un certain âge. Plus intéressant encore, ils ont constaté que cet âge correspond à peu près à celui du Soleil actuel, ce qui indiquerait qu’il est entré dans une phase de transition où l’efficacité de son freinage induit par le vent solaire décroit fortement. En conséquence, les lois de gyrochronologie ne sont  strictement applicables que  pour des étoiles plus jeunes que le Soleil.

L’âge des étoiles est l’un des paramètres stellaires le plus difficile à appréhender car il ne peut être mesuré directement. Il est généralement déterminé indirectement par les chercheurs à partir de simulations numériques complexes réalisés via de puissants calculateurs. Ce calcul se base sur le taux de rotation initial, vestige de la contraction du nuage proto-stellaire, et sur sa diminution au cours de la vie de l’étoile à cause de l’effet de ralentissement induit par l’interaction du champ magnétique avec les vents émanent de sa surface.

Depuis une décennie, les astrophysiciens ont réussi à établir ainsi une loi de freinage et peuvent alors déduire de façon précise l’âge des étoiles à partir de son taux de rotation de surface, c’est ce que l’on nomme la loi de gyrochronologie. Cependant, cette loi n’était jusqu’ici étalonnée qu’à partir de la relation observée entre le Soleil et des étoiles beaucoup plus jeunes appartenant à des amas (jusqu'à un âge de 2,5 milliards d'années).

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La période de rotation observée (Pobs) des étoiles en fonction de leur âge. Cette période est comparée à la période prédite par la gyrochronologie (Ppred), ici pour 7 étoiles (en vert) dont le température est entre 5600 et 5900 Kelvin. La position du Soleil est montré par le point entourée d'un cercle. Pour les étoiles plus vieilles que le Soleil, la période prédite est systématiquement plus élevée que la période observée montrant que ces étoiles ralentissement moins vite que prévu.
Crédit : IRFU/CEA

Grâce à l’astérosismologie, l’étude des milliers d’ondes résonantes, qui traversent les étoiles comme le Soleil, il est aujourd’hui possible de déterminer leurs propriétés internes et d’en déduire une estimation de leurs âges. Cela a été fait pour une vingtaine d’étoiles grâce aux données fournies par le satellite Kepler de la NASA. « Grâce à la sismologie stellaire, nous avons réussi à déterminer l’âge d’étoiles beaucoup plus vieilles que le Soleil. Nous sommes aujourd’hui capables de vérifier les pendules des étoiles vieillissantes comme le Soleil et même plus vieilles encore et nous devons les remettre proprement à l’heure » rappelle Rafael García, chercheur au CEA-Irfu.

C’est en croisant ces deux méthodes de calcul que les chercheurs ont pu conclure que le calcul de l’âge selon la méthode gyrochronologique ne peut pas s’appliquer telle quelle pour des étoiles plus anciennes que le Soleil. La rotation de ces étoiles évolue différemment en raison de l’évolution de leur magnétisme.

Références de l'article

Weakened magnetic braking as the origin of anomalously rapid rotation in old field stars, Jennifer L. van Saders, Tugdual Ceillier, Travis S. Metcalfe, Victor Silva Aguirre, Marc H. Pinsonneault, Rafael A. Garci?a, Savita Mathur & Guy R. Davies, Nature, 4 Janvier 2016

Contacts

  • Contact scientifique : Normal 0 21 false false false FR X-NONE X-NONE Rafael Garcia (rgarcia at cea.fr)
  • Responsable thématique Astronomie et Astrophysique au CNES : Olivier La Marle (olivier.lamarle at cnes.fr)

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