Les taches solaires sont courantes sur notre Soleil. Ces zones plus sombres sont plus froides que leur environnement et sont causées par des pics de flux magnétique qui inhibent la convection. Sans convection, ces zones se refroidissent et s'assombrissent.
Beaucoup d'autres étoiles ont aussi des taches solaires. Mais pas les Géants rouges (RG). C'est du moins ce que pensaient les astronomes.
Une nouvelle étude montre que certains RG ont des taches et qu'ils tournent plus vite que prévu.
La nouvelle étude s'intitule ' Géantes rouges actives : binaires proches contre rotateurs rapides simples . ' L'auteur principal est le Dr Patrick Gaulme de l'Institut Max Planck. L'article est publié dans la revue Astronomy and Astrophysics.
Étoiles géantes rouges sont à un stade avancé de l'évolution stellaire. Toutes les étoiles tournent, mais à mesure que les RG perdent de la masse et se développent, cette rotation ralentit, comme un patineur artistique qui étend ses bras. Cette rotation plus lente calme le processus dynamo à l'intérieur de l'étoile, et ce processus dynamo est ce qui alimente l'activité magnétique de l'étoile. Moins d'activité magnétique signifie moins de taches.
Ou il devrait.
Mais cette nouvelle étude constate que certains RG ne se conforment pas à cette compréhension. L'étude montre qu'environ huit pour cent des RG tournent rapidement et produisent des taches stellaires.
Cette image suit la vie d'une étoile semblable au Soleil, de sa naissance sur le côté gauche du cadre à son évolution en une étoile géante rouge sur la droite. Sur la gauche, l'étoile est considérée comme une protoétoile, incrustée dans un disque poussiéreux de matière au fur et à mesure qu'elle se forme. Elle devient plus tard une étoile comme notre Soleil. Finalement, il entrera dans une phase de combustion d'hélium, se dilatera et deviendra rouge. Notre Soleil n'a pas de compagnon binaire, il ne tournera donc probablement plus rapidement et ne produira plus de taches solaires. Crédit d'image : par ESO/M. Kornmesser – http://www.eso.org/public/images/eso1337a/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27981948
« La rotation et la convection sont deux ingrédients cruciaux pour la formation de champs magnétiques de surface et de taches stellaires », explique le Dr Federico Spada de MPS, co-auteur de la nouvelle étude, dans un communiqué de presse . 'Les étoiles avec des couches convectives externes ont le potentiel de générer des champs magnétiques de surface via l'action de la dynamo, mais ce n'est que lorsque l'étoile tourne assez vite que l'activité magnétique devient détectable', ajoute-t-il.
Mais maintenant, il y a des exceptions à cette compréhension des étoiles RG.
Entre 2009 et 2013, le vaisseau spatial Kepler de la NASA a collecté des données sur environ 4 500 étoiles géantes rouges. L'équipe de chercheurs à l'origine de cette étude a examiné toutes ces données. Bien que Kepler a été conçu pour détecter les baisses de luminosité des étoiles causées par les planètes transitant devant l'étoile, il a recueilli des données sur toutes les baisses de luminosité, y compris celles causées par les taches stellaires. Les RG tournent généralement lentement, de sorte que ces baisses de luminosité des taches stellaires tournent dans et hors de vue au cours de quelques mois. Et ils répètent.
Lorsque l'équipe a découvert qu'environ 8 % des étoiles tournaient plus rapidement que prévu, ils se sont demandé comment les étoiles avaient obtenu l'énergie nécessaire pour le faire. 'Pour répondre à cette question, nous avons dû déterminer autant de propriétés des étoiles que possible, puis dresser une image globale', a déclaré l'auteur principal, le Dr Patrick Gaulme.
Vue d'artiste de la structure d'une étoile de type solaire et d'une géante rouge, pas à l'échelle. Crédit d'image : ESO
Les chercheurs ont examiné un certain nombre de choses. Ils ont examiné les longueurs d'onde de la lumière des étoiles et leur évolution au fil du temps. Ils ont observé les fluctuations rapides de la luminosité des étoiles. Ces fluctuations rapides sont causées par des ondes de pression provenant du centre de l'étoile vers la surface, et elles se superposent aux creux causés par les taches stellaires. Les fluctuations des ondes de pression sont comme une fenêtre sur l'intérieur de l'étoile, et elles contiennent des indices sur la masse et l'âge de l'étoile.
Mais la découverte la plus intéressante était qu'environ 15% des RG à rotation rapide avec des taches stellaires sont en relations binaires étroites avec une autre étoile, généralement une qui est plus petite et moins massive.
'Dans de tels systèmes, les vitesses de rotation des deux étoiles se synchronisent dans le temps jusqu'à ce qu'elles tournent à l'unisson comme une paire de patineurs artistiques', explique Gaulme. Ainsi, la géante rouge à rotation lente gagne de l'énergie de rotation de son partenaire binaire. Il tourne plus vite qu'un RG sans copain binaire.
Mais cela n'explique pas les 85% restants des RG avec des taches stellaires qui tournent également plus rapidement que prévu. Ces étoiles n'ont pas de compagnons binaires pour tirer leur énergie de rotation. Ce qui donne?
'Au total, derrière la caractéristique d'observation commune que certaines géantes rouges ont des taches, nous trouvons trois groupes d'étoiles en rotation rapide, chacune ayant une explication très différente.'
Dr Patrick Gaulme, auteur principal, Institut Max Planck
Pour commencer, les chercheurs ont divisé ces étoiles en deux groupes : les étoiles qui ont une masse à peu près égale au Soleil et les étoiles qui ont deux à trois fois plus de masse que le Soleil.
L'équipe dit que les étoiles à peu près égales à notre Soleil ont probablement fusionné avec une autre étoile, ou peut-être une planète, et ont gagné de l'énergie de rotation de cette façon. Les étoiles du groupe le plus massif se sont développées différemment. Ils avaient probablement une structure interne assez différente des autres. Ils n'ont peut-être jamais créé le type de champ magnétique global qui, sur une longue période, éloigne la masse de l'étoile sous forme de particules. Sans cette perte de masse, leur rotation n'a jamais ralenti, et ils tournent plus rapidement à ce jour.
L'étude a révélé qu'il existe trois chemins différents que les Géants rouges peuvent suivre pour produire des taches stellaires. Crédit d'image: MPS / hormesdesign.de
« Au total, derrière la caractéristique d'observation commune que certaines géantes rouges ont des taches, nous trouvons trois groupes d'étoiles en rotation rapide, chacune ayant une explication très différente. Il n'est donc pas étonnant que le phénomène soit plus répandu qu'on ne le pensait auparavant », a déclaré Gaulme.
Qu'est-ce que cela signifie pour les exoplanètes en orbite autour des RG ? L'étude expose certains des détails des étoiles géantes rouges et la complexité qui régit leur impact sur l'habitabilité de toutes les planètes qui les entourent. Mais toutes les conclusions ou règles qui peuvent leur être appliquées ou à leurs planètes devront attendre des missions comme celle de l'ESA PLAT (Transits PLANétaires et Oscillations des étoiles). PLATO examinera les propriétés des exoplanètes terrestres dans les zones habitables autour de leurs étoiles semblables au Soleil. Il étudiera également l'activité sismique dans ces étoiles, en explorant davantage les relations entre les planètes de la zone habitable et leurs étoiles.
« Nous sommes impatients d'avoir la mission PLATO dans l'espace ; avec ses observations uniques de longue durée, nous pourrons étendre l'étude à d'autres régions de la Voie lactée », a conclu le co-auteur de l'étude Spada.
Suite:
- Communiqué de presse: Gigantesque, rouge et plein de taches
- Document de recherche: Géantes rouges actives : binaires proches contre rotateurs rapides simples
- Univers aujourd'hui : Nous savons que nous sommes faits de poussière d'étoile. Mais est-ce venu des géants rouges ?