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Astérosismologie

En astrophysique, l’astérosismologie est la discipline qui étudie les modes de vibration (ou oscillations) des étoiles autres que le Soleil (dans ce cas, on parle d'héliosismologie). L'astérosismologie est une technique d'étude de la structure interne des étoiles.

Historique

Alors que l'héliosismologie connaît son âge d’or, l'astérosismologie est encore bien jeune. Bien que la découverte de la pulsation des étoiles remonte à la fin du XVIIIe siècle (les céphéides utilisées pour calibrer les mesures de distances galactiques), ce n’est que très récemment, en 2000, que fut confirmée la détection d’oscillations semblables à celles du Soleil dans une dizaine d'autres étoiles[1]. À la suite des nombreux succès de la sismologie pour sonder l’intérieur solaire, l’astérosismologie connaît depuis un développement important avec notamment les missions spatiales MOST, CoRoT ou encore le projet de réseau de télescopes au sol SONG. De nombreuses étoiles, couvrant un large domaine de masses, d’âges, de stades d’évolution, sont connues pour présenter des oscillations. Le défi est de pouvoir mesurer leur spectre de fréquence avec suffisamment de précision et de résolution pour en déduire la meilleure information sur leur structure et les processus physiques qui les habitent.

Oscillations des Ă©toiles

Il existe différents mécanismes d’excitation des oscillations stellaires, par exemple liés aux variations de l’opacité influençant le transport de l’énergie, ou liés aux violents mouvements convectifs à la surface d'étoile de type solaire. Ainsi, différents types d'ondes peuvent être excités. Dans le cas du Soleil, et des étoiles semblables, de violents mouvements de convection à l’œuvre dans les couches superficielles, qui se traduisent par la granulation observée à sa surface, excitent des ondes sonores. Les différents types d’ondes se propageant dans et à la surface du Soleil sont :

  • les modes de pression : ce sont des ondes acoustiques, oscillations dont la force de rappel est la pression du gaz. Ces modes sont gĂ©nĂ©rĂ©s dans la zone convective par la convection turbulente de surface. Ils se propagent Ă  travers toute l’étoile, de la surface au cĹ“ur, et leur trajectoire est dĂ©terminĂ©e par les variations de la vitesse du son ;
  • les modes de gravitĂ© : oscillations dont la force de rappel est la poussĂ©e d'Archimède. Ils sont confinĂ©s dans la zone radiative mais sont Ă©vanescents dans la zone convective, ce qui rend leur dĂ©tection très difficile Ă  la surface oĂą ils atteignent une très faible amplitude (quelques mm/s). Ceci explique qu'ils ne soient pas encore dĂ©tectĂ©s sans ambiguĂŻtĂ©. Ils sont indispensables pour pouvoir explorer en dĂ©tail la structure et la dynamique dans le cĹ“ur du Soleil, oĂą l'utilisation des modes de pression atteint ses limites. Dans les Ă©toiles plus massives que le Soleil possĂ©dant une enveloppe radiative comme les variables du type Beta Cephei qui ont des masses de l'ordre de 8 Ă  18 masses solaires, les modes de gravitĂ© sont plus aisĂ©ment identifiables et sont responsables de pulsations dont la pĂ©riode s'Ă©tale entre 2 et 8 heures[2] ;
  • les modes « f » : ce sont des modes prĂ©sentant les mĂŞmes caractĂ©ristiques qu’une onde de gravitĂ© de surface (comme des vagues). Ils sont utilisĂ©s pour sonder les rĂ©gions les plus superficielles du Soleil.

L’amplitude des oscillations joue un rôle important dans leur détection et leur mesure, et impose des contraintes plus ou moins sévères sur les conditions d’observation. Les étoiles de type solaire présentant des oscillations de très faibles amplitudes nécessitent des observations continues et de longues durées pour sortir un spectre de bonne qualité, avec une résolution et une précision suffisantes pour estimer les caractéristiques du spectre.

La structure et la composition des étoiles varient au cours de leur évolution, ce qui transforme leurs modes de vibrations selon leur âge. L'astérosismologie permet ainsi d'estimer assez précisément l'âge des étoiles[3].

Applications

  • Des mesures d'astĂ©rosismologie effectuĂ©es par le tĂ©lescope Kepler ont permis de mettre en Ă©vidence un phĂ©nomène de rotation diffĂ©rentielle chez d'autres Ă©toiles que le Soleil[4].

Notes et références

  1. K. Belkacem, « Contraintes sur la structure interne venant de la sismologie » [PDF], sur http://pnps2014.sciencesconf.org, (consulté le ).
  2. (en) C. Aerts, J. Christensen-Dalsgaard, M. Cunha et D.W. Kurtz, « The Current Status of Asteroseismology », dans Laurent Gizon, Paul Cally, John Leibacher, Helioseismology, Asteroseismology, and MHD Connections, Springer, , 627 p. (ISBN 978-0-387-89481-2), chap. I, p. 9.
  3. Laurent Drissen, « L'âge des étoiles », émission Les Années lumière, .
  4. (en) Othmane Benomar, M. Bazot, M. B. Nielsen, L. Gizon et al., « Asteroseismic detection of latitudinal differential rotation in 13 Sun-like stars », Science, vol. 361, no 6408,‎ (DOI 10.1126/science.aao6571, lire en ligne, consultĂ© le ).

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes

Liens externes

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