Les chercheurs ont appliqué avec succès la gyrochronologie, qui relie les taux de rotation des étoiles à leur âge, aux étoiles de champ en dehors des amas. Cette méthode, testée sur plus de 300 étoiles binaires larges, montre que les étoiles de champ suivent des schémas d’âge similaires à ceux des amas, promettant un vieillissement plus précis d’un plus grand nombre d’étoiles. Crédit : Issues.fr.com
La gyrochronologie, une technique d’estimation de l’âge des étoiles basée sur la rotation, a été étendue des étoiles en amas aux étoiles de champ, révélant des modèles de vieillissement cohérents et élargissant les possibilités de détermination de l’âge des étoiles.
Des scientifiques de l’Institut Leibniz d’Astrophysique de Potsdam (AIP) et de l’Université de Boston ont réussi à établir un lien entre les taux de rotation des étoiles dans les amas d’étoiles et celles situées à l’extérieur, appelées étoiles de champ, permettant ainsi de déduire l’âge de ces dernières. Les résultats montrent que la méthode de gyrochronologie peut être appliquée non seulement aux étoiles en amas, mais qu’elle fonctionne également bien pour les étoiles de champ, ce qui permet de déterminer l’âge de beaucoup plus d’étoiles.
Gyrochronologie : un outil pour rencontrer des étoiles
Quel âge a une étoile ? C’est une question délicate, à laquelle il est plus facile de répondre pour une étoile qui réside dans un amas d’étoiles. En effet, toutes les étoiles d’un amas d’étoiles – quelle que soit leur taille – ont la même origine et donc le même âge. En étudiant les propriétés collectives des étoiles d’un amas et leurs stades d’évolution actuels, on peut obtenir une bonne estimation de leur âge.
Les chercheurs explorent désormais le nouveau domaine de la gyrochronologie, qui permet de déterminer l’âge d’étoiles individuelles. Elle établit une relation entre la rotation d’une étoile et sa couleur ainsi que son âge.
La période de rotation avec laquelle une étoile tourne autour de son axe peut être déterminée à partir des observations de sa luminosité : de nombreuses étoiles ont des taches sombres à leur surface, un peu comme les taches solaires du Soleil. Lorsqu’une étoile tourne et qu’une tache stellaire se déplace dans le champ de vision d’un observateur, la luminosité de l’étoile diminue légèrement.
En mesurant ces petites baisses d’intensité de la lumière de l’étoile et lorsqu’elles se répètent, par exemple avec les données du satellite Kepler, comme cela a été utilisé ici, la période de rotation d’une étoile peut être mesurée.
Dans cette composition d’images plein format prises par le télescope Kepler, les positions de certains des binaires larges de l’échantillon sont surpercées en jaune et en rouge. Les points rouges indiquent que les systèmes sont d’âge solaire. Quatre d’entre elles sont représentées en zoom, avec les deux étoiles appartenant aux larges binaires encerclées. Les points jaunes marquent les systèmes d’autres âges – mais maintenant connus. Crédit : AIP/David Gruner, NASA (Kepler FFI) & ESO (zoom)
Evolution rotationnelle dans les amas d’étoiles
Des études sur des étoiles naines de faible masse en amas ont montré que les étoiles tournent de plus en plus lentement à mesure qu’elles vieillissent. En traçant les périodes de rotation des étoiles en fonction de leurs couleurs dans un diagramme, un motif caractéristique apparaît : les étoiles en amas forment des courbes qui définissent collectivement un squelette d’évolution rotationnelle, chaque nervure du squelette correspondant à un amas d’un âge particulier, et des amas d’étoiles. des âges plus avancés définissant successivement les côtes supérieures. Chaque côte est alors une courbe d’âge égal. En traçant une étoile d’amas dans le diagramme, son âge peut être dérivé à l’aide de ces lignes. Cependant, comme cette méthode a été développée sur la base des amas d’étoiles, il n’était pas clair jusqu’à présent si cette méthode de détermination de l’âge fonctionnait également pour les étoiles situées en dehors des amas et qui constituent la grande majorité des étoiles de notre Galaxie.
Application aux étoiles de terrain
C’est là qu’interviennent les travaux récents. Les auteurs ont travaillé avec un échantillon de plus de 300 étoiles binaires larges. Il s’agit de systèmes de deux étoiles qui gravitent l’une autour de l’autre et sont suffisamment éloignées l’une de l’autre pour ne pas avoir interagi et ainsi perturbé leur évolution rotationnelle normale. Les étoiles binaires larges sont des étoiles de champ, mais leur origine commune permet une hypothèse également utilisée pour les étoiles en amas : elles ont le même âge. Cela signifie que si les étoiles des champs évoluent effectivement de la même manière que les étoiles de l’amas, alors les deux étoiles d’un large binaire devraient fournir une image cohérente si elles sont placées sur le squelette de l’amas. En d’autres termes, si une étoile d’un binaire large se trouve sur la côte de rotation d’un amas particulier, l’autre se trouverait-elle également sur la même côte ? Les auteurs de l’étude ont constaté que c’était clairement le cas.
La fiabilité de la gyrochronologie confirmée
En fait, les auteurs ont découvert qu’ils pouvaient diviser les étoiles binaires examinées en une série de sous-groupes, chacun associé à un groupe correspondant d’âge approprié. David Gruner, auteur principal de l’étude et doctorant à l’AIP dans le groupe Stellar Activity, déclare : « Il était surprenant de voir à quel point tous nos vastes systèmes binaires se mettaient en place lorsque nous avons commencé à les comparer au squelette du cluster. Même les systèmes comportant des étoiles de masses très différentes ont montré une cohérence remarquable dans leur emplacement sur le diagramme, au point qu’ils sont pratiquement impossibles à distinguer des amas.
On peut alors supposer que les quelques étoiles situées au-dessus de l’ensemble des nervures d’amas sont plus anciennes que les amas mesurés jusqu’à présent. De plus, les auteurs ont montré que pour la grande majorité des systèmes étudiés, l’âge de rotation d’une composante correspond à l’âge de rotation de l’autre composante. Étant donné que le large échantillon binaire était très diversifié, à la fois dans sa répartition dans le ciel et dans ses autres propriétés stellaires, telles que la teneur en métaux, le résultat implique que la gyrochronologie peut probablement être utilisée de manière fiable pour les étoiles de champ.
Implications pour les recherches futures
Le Dr Sydney Barnes, responsable du groupe Activité stellaire à l’AIP, ajoute : « Ces travaux fournissent une mesure d’assurance qu’à l’avenir, des âges fiables pour un nombre beaucoup plus grand d’étoiles de champ pourront être obtenus à partir de leurs taux de rotation. » Ce résultat sera important pour la mission satellite PLATO, qui vise non seulement à découvrir un grand nombre d’étoiles hébergeant des planètes, mais également à fournir leurs âges, permettant ainsi un premier aperçu de l’histoire évolutive des exoplanètes.
