Les pulsations rythmiques des étoiles delta Scuti révèlent leurs secrets, selon une étude

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Une équipe d’astronomes, dont des chercheurs de l’université de Birmingham, au Royaume-Uni, et de l’université de Sydney, en Australie, a percé les secrets d’une grande classe de jeunes étoiles pulsantes – les étoiles delta Scuti – en écoutant attentivement leurs résonances naturelles. Les résultats de l’équipe sont publiés dans le journal La nature.

Alors que la mesure des pulsations – base de l’astroséismologie permettant aux astronomes de tester des modèles d’évolution stellaire – a connu un grand succès sur toute une série de classes d’étoiles, les étoiles delta Scuti présentent des pulsations apparemment aléatoires. Il est donc extrêmement difficile pour les scientifiques d’interpréter les pulsations et de recueillir des indices sur les structures internes de cette classe d’étoiles.

« Auparavant, nous trouvions trop de notes mélangées pour comprendre correctement ces étoiles pulsantes », explique le professeur Tim Bedding de l’université de Sydney, auteur principal de l’article. « C’était un vrai fouillis, comme d’écouter un chat marcher sur un piano. »

L’équipe a pu utiliser les mesures de luminosité du télescope spatial TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA et les données de la mission Kepler de la NASA pour découvrir un sous-ensemble d’étoiles delta Scuti dont les pulsations sont plus ordonnées que la cacophonie des autres.

« Les données incroyablement précises de la mission TESS de la NASA nous ont permis de couper à travers le bruit. Nous pouvons maintenant détecter la structure, ce qui ressemble plus à l’écoute de beaux accords joués au piano », ajoute M. Bedding. « Cette identification définitive des modes de pulsation ouvre une nouvelle voie par laquelle nous pouvons déterminer les masses, les âges et les structures internes de ces étoiles ».

Le rendement spectral ordonné de ces 60 étoiles de taille intermédiaire – dont la masse est comprise entre 1,5 et 2,5 fois celle du Soleil – pourrait permettre aux chercheurs de faire des progrès importants dans la compréhension des étoiles delta Scuti. En retour, cela permettra de mieux comprendre le fonctionnement intérieur de billions d’étoiles dans le cosmos.

Pour mener ses recherches, l’équipe a dû traiter 92 000 courbes de lumière des étoiles en question, qui sont situées entre 600 et 1400 années-lumière de la Terre. Cela leur a permis de mesurer la luminosité de l’étoile au fil du temps.

« Nous avons dû couper à travers le bruit, ce qui nous a laissé les motifs clairs des 60 étoiles identifiées dans l’étude », explique Daniel Hey, étudiant en doctorat à l’université de Sydney et co-auteur de l’article qui a conçu le logiciel qui a traité les données du TESS. « En utilisant la bibliothèque open-source Python, Lightkurve, nous avons réussi à traiter toutes les données de la courbe de lumière sur l’ordinateur de bureau de mon université en quelques jours seulement ».

Les étoiles que l’équipe a examinées semblent être plus jeunes que leurs homologues plus âgées qui affichent une signature de pulsations plus aléatoire.

« Cela correspond au tableau dans lequel nous savons que les spectres de pulsation ont tendance à se compliquer avec le vieillissement des étoiles », explique le co-auteur, le Dr Warrick Ball, de l’école de physique et d’astronomie de Birmingham. « Les étoiles les plus jeunes nous donnent donc la meilleure chance de trouver des spectres ordonnés ».

Voir sous la surface des étoiles avec l’astroséismologie

Récupération de données sur les conditions sous la surface des étoiles peut avoir semblé autrefois hors de portée de l’astronomie, mais grâce au développement de l’astérosismologie, c’est devenu une réalité.

« L’astérosismologie est la méthode que nous utilisons pour révéler les intérieurs habituellement cachés des étoiles », explique le Dr Tanda Li, l’un des co-auteurs de l’article, également de l’institution de Birmingham. « Elle a permis d’obtenir une multitude d’informations fascinantes sur de nombreux types d’étoiles, y compris le Soleil ».

En ce qui concerne notre étoile, l’astroséismologie nous a permis de comprendre comment ses taches solaires et ses éruptions solaires, ainsi que de donner aux astronomes une idée du mouvement au sein de sa structure, de sa composition élémentaire, de sa température et même de la façon dont elle produit des neutrinos – des particules fantômes qui interagissent à peine avec la matière.