Une étoile proche, V889 Herculis, tourne à une latitude d'environ 40 degrés. Ce profil de rotation non conventionnel remet en cause les modèles stellaires établis. Crédit : Jani Närhi, Université d'Helsinki
Des chercheurs de l'Université d'Helsinki ont découvert que l'étoile V889 Herculis tourne d'une manière différente de notre Soleil.
Alors que le Soleil tourne plus vite à son équateur, V889 Herculis tourne plus vite à une latitude d'environ 40 degrés. Cette découverte unique aide les scientifiques à mieux comprendre les complexités du fonctionnement des étoiles comme le Soleil, en particulier en termes d'activité de surface comme les taches solaires et les éruptions solaires.
Rotation stellaire inhabituelle observée dans V889 Herculis
Le Soleil tourne plus vite à l'équateur et sa vitesse de rotation ralentit aux latitudes plus élevées, devenant la plus lente dans les régions polaires. Mais une étoile proche semblable au Soleil, V889 Herculis, située à environ 115 années-lumière de la Terre dans la constellation d'Hercule, tourne plus vite à une latitude d'environ 40 degrés, alors que l'équateur et les régions polaires tournent plus lentement.
Un profil de rotation similaire n'a été observé pour aucune autre étoile. Le résultat est stupéfiant car la rotation stellaire est considérée comme un paramètre physique fondamental bien compris, mais un tel profil de rotation n'a pas été prédit, même dans les simulations informatiques.
« Nous avons appliqué une nouvelle technique statistique aux données d’une étoile familière étudiée depuis des années à l’Université d’Helsinki. Nous ne nous attendions pas à voir de telles anomalies dans la rotation stellaire. Les anomalies dans le profil de rotation de V889 Herculis indiquent que notre compréhension de la dynamique stellaire et des dynamos magnétiques est insuffisante », explique le chercheur Mikko Tuomi qui a coordonné la recherche
Dynamique d'une boule de plasma
L'étoile cible V889 Herculis ressemble beaucoup à un jeune Soleil, et raconte l'histoire et l'évolution du Soleil. Tuomi souligne qu'il est essentiel de comprendre l'astrophysique stellaire afin, par exemple, de prédire les phénomènes induits par l'activité à la surface du Soleil, tels que les taches et les éruptions.
Les étoiles sont des structures sphériques où la matière est à l'état de plasmaconstituées de particules chargées. Ce sont des objets dynamiques qui sont en équilibre entre la pression générée par les réactions nucléaires dans leur noyau et leur propre gravité. Elles n'ont pas de surface solide, contrairement à de nombreuses planètes.
La rotation stellaire n'est pas constante sous toutes les latitudes. C'est un phénomène connu sous le nom de rotation différentielle. Elle est due au fait que le plasma chaud monte à la surface de l'étoile par un phénomène appelé convection, qui à son tour a un effet sur la vitesse de rotation locale. En effet, le moment angulaire doit être conservé et la convection se produit perpendiculairement à l'axe de rotation près de l'équateur alors qu'elle est parallèle à l'axe près des pôles.
Cependant, de nombreux facteurs tels que la masse stellaire, l'âge, la composition chimique, la période de rotation et le champ magnétique ont des effets sur la rotation et donnent lieu à des variations dans les profils de rotation différentiels.
Une méthode statistique pour déterminer le profil de rotation
Thomas Hackman, professeur d'astronomie qui a participé à la recherche, explique que le Soleil a été la seule étoile pour laquelle l'étude du profil de rotation a été possible.
« La rotation différentielle des étoiles est un facteur crucial qui a un effet sur l’activité magnétique des étoiles. La méthode que nous avons développée ouvre une nouvelle fenêtre sur le fonctionnement interne d’autres étoiles. »
Les astronomes du département de physique des particules et d'astrophysique de l'université d'Helsinki ont déterminé le profil de rotation de deux jeunes étoiles proches en appliquant une nouvelle modélisation statistique aux observations de luminosité à longue distance. Ils ont modélisé les variations périodiques des observations en tenant compte des différences de mouvement apparent des taches à différentes latitudes. Le mouvement des taches a ensuite permis d'estimer le profil de rotation des étoiles.
La deuxième étoile cible, LQ Hydrae dans la constellation de l'Hydre, s'est avérée tourner à peu près comme un corps rigide — la rotation semblait inchangée de l'équateur aux pôles, ce qui indique que les différences sont très faibles.
Observations depuis l'observatoire de Fairborn
Les chercheurs se basent sur les observations des étoiles cibles de l'observatoire Fairborn. La luminosité des étoiles est surveillée depuis près de 30 ans à l'aide de télescopes robotisés, ce qui permet d'avoir un aperçu du comportement des étoiles sur une longue période.
Tuomi apprécie le travail de l'astronome principal Gregory Henry, de l'Université du Tennessee, aux États-Unis, qui dirige la campagne d'observation de Fairborne.
« Depuis de nombreuses années, le projet de Greg est extrêmement précieux pour comprendre le comportement des étoiles proches. Que ce soit pour étudier la rotation et les propriétés des jeunes étoiles actives ou pour comprendre la nature des étoiles avec des planètes, les observations de l'observatoire Fairborn sont absolument cruciales. Il est étonnant que même à l'ère des grands observatoires spatiaux, nous puissions obtenir des informations fondamentales sur l'astrophysique stellaire avec de petits télescopes terrestres de 40 cm. »
Les étoiles cibles V889 Herculis et LQ Hydrae sont toutes deux des étoiles d'environ 50 millions d'années qui ressemblent à bien des égards au jeune Soleil. Elles tournent toutes deux très rapidement, avec des périodes de rotation d'environ un jour et demi seulement. Pour cette raison, les observations de luminosité à longue base contiennent de nombreux cycles de rotation. Ces étoiles ont été choisies comme cibles parce qu'elles sont observées depuis des décennies et qu'elles ont toutes deux été étudiées activement à l'Université d'Helsinki.
