5 avril 2024Évalué par Lexie Corner
Lorsqu’un enfant court dans la maison et sur le terrain de jeu, il peut avoir l’impression qu’il dispose d’une énergie illimitée. En revanche, dans leur vie quotidienne, la plupart des adultes se déplacent plus lentement.
Comme les humains, les étoiles finissent par perdre de leur éclat. Ils tournent rapidement à la naissance, mais au fil des milliards d’années, ils ralentissent. Le Soleil, âgé de 4,5 milliards d’années, tourne environ une fois par mois.
Après environ un milliard d’années, les étoiles de même masse et de même âge tourneront à la même vitesse. Si la masse et la vitesse de rotation d’une étoile sont connues, son âge peut être déterminé. La NASA prévoit de déployer le télescope spatial romain Nancy Grace d’ici mai 2027, lui permettant de mesurer la vitesse de rotation et l’âge de millions d’étoiles.
Bien que deviner l’âge soit un jeu courant lors des carnavals, les astronomes trouvent extrêmement difficile d’estimer l’âge des étoiles. Une étoile comme le Soleil reste largement inchangée pendant des milliards d’années après avoir atteint sa phase de maturité, ou fusion nucléaire régulière. La période de rotation de l’étoile, ou la vitesse à laquelle elle tourne, constitue une exception à cette règle.
Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA, dont le lancement est prévu en mai 2027, devrait fournir de nouvelles informations sur les populations stellaires à l’intérieur de la Voie lactée en mesurant les périodes de rotation de centaines de millions d’étoiles.
Les étoiles tournent rapidement à leur naissance. Cependant, au fil des milliards d’années, les étoiles de masse comparable à celle du Soleil vont progressivement ralentir. Le champ magnétique de l’étoile et le vent stellaire, un flux de particules chargées, se combinent pour produire ce ralentissement. L’étoile tourne plus lentement en raison des interactions, de la même manière qu’un patineur sur glace ralentit lorsqu’il étire ses bras.
L’intensité du champ magnétique de l’étoile affecte ce phénomène, appelé freinage magnétique. Des champs magnétiques plus puissants obligent les étoiles qui tournent plus vite à ralentir plus rapidement. En raison de l’impact de ces champs magnétiques, les étoiles de même masse et de même âge tourneront à la même vitesse après environ un milliard d’années. Ainsi, l’âge de l’étoile peut être calculé, à condition de connaître sa masse et sa vitesse de rotation. Il est possible d’étudier comment la galaxie a commencé et changé au fil du temps en déterminant l’âge d’une grande population d’étoiles.
Les astronomes calculent le taux de rotation d’une étoile lointaine en recherchant les variations de luminosité de l’étoile causées par les taches stellaires. Semblables aux taches solaires sur notre Soleil, les taches stellaires sont des régions plus sombres et plus froides à la surface d’une étoile. L’étoile apparaîtra un peu plus faible lorsqu’une tache stellaire est visible que lorsqu’elle est située sur la face cachée de l’étoile.
Si une étoile contient une seule et énorme tache, elle s’estompera et s’éclaircira de manière régulière à mesure que la tache tournera vers l’intérieur et l’extérieur de la vue. Cette atténuation est distincte d’un effet comparable induit par une exoplanète en transit. Cependant, une étoile peut avoir des centaines de taches réparties sur sa surface à un moment donné, et ces taches changent avec le temps, ce qui rend considérablement plus difficile la détection des signaux périodiques d’atténuation dus à la rotation de l’étoile.
Une équipe d’astronomes de l’Université de Floride développe de nouvelles façons de dériver une période de rotation à partir d’observations de la luminosité d’une étoile au fil du temps dans le cadre d’un projet financé par la NASA appelé Nancy Grace Roman Space Telescope.
Ils utilisent un réseau neuronal convolutif, une intelligence artificielle, pour évaluer les courbes de lumière, qui représentent la luminosité d’une étoile au fil du temps. Pour ce faire, le réseau neuronal doit d’abord être entraîné à l’aide de courbes de lumière simulées. Zachary Claytor, associé postdoctoral à l’Université de Floride et chercheur scientifique principal du projet, a développé un programme appelé « butterpy » pour produire de telles courbes de lumière.
Ce programme permet à l’utilisateur de définir un certain nombre de variables, comme le taux de rotation de l’étoile, le nombre de spots et la durée de vie des spots. Ensuite, il calculera la façon dont les taches émergent, évoluent et se désintègrent à mesure que l’étoile tourne et convertira l’évolution de cette tache en une courbe de lumière – ce que nous mesurerions à distance.
Zachary Claytor, chercheur principal scientifique et associé postdoctoral, Université de Floride
L’équipe a déjà appliqué son réseau neuronal entraîné aux données du TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. Les périodes de rotation stellaire plus longues sont plus difficiles à estimer correctement en raison d’influences systématiques, mais le réseau neuronal entraîné de l’équipe a pu le faire avec les données TESS.
Le prochain télescope spatial romain entreprendra trois enquêtes communautaires principales, dont la Galactic Bulge Time Domain Survey, qui collectera des données sur des centaines de millions d’étoiles. Roman examinera le noyau de la galaxie, qui est densément peuplé d’étoiles, pour voir combien d’entre elles changent de luminosité au fil du temps. Ces observations permettront de répondre à diverses questions scientifiques, notamment la chasse aux exoplanètes lointaines et la détermination des taux de rotation des étoiles.
La communauté astronomique est encore en train de développer la conception spécifique de l’enquête. Les informations fournies par l’étude financée par la NASA sur la rotation des étoiles pourraient bénéficier à d’éventuelles tactiques d’enquête.
Nous pouvons tester quels éléments sont importants et ce que nous pouvons tirer des données romaines en fonction de différentes stratégies d’enquête. Ainsi, lorsque nous aurons réellement les données, nous aurons déjà un plan. Nous disposons déjà de nombreux outils et nous pensons qu’ils peuvent être adaptés à Roman.
Jamie Tayar, chercheur principal et professeur adjoint, Université de Floride
Source : https://www.stsci.edu/home
