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Ausculter les étoiles en rotation

30 décembre 2011

LPT - UMR 5152 , IRAP - UMR 5277

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Des physiciens toulousains proposent une nouvelle méthode permettant de déterminer certaines fréquences de vibration d’étoiles en rotation rapide. Conjugués avec les observations astronomiques telles que celles qui sont fournies par les satellites COROT et Kepler ces résultats devraient permettre d’obtenir de nouvelles informations sur la structure du cœur de ces étoiles.

L’astérosismologie a pour objectif de comprendre la structure interne des étoiles à partir de l’observation astronomique de leurs vibrations, qui se traduisent par des variations de l’émission lumineuse. Pour une étoile quasi sphérique telle que notre soleil, la confrontation des mesures de luminosité et des calculs théoriques des modes de vibration a révolutionné notre connaissance de la structure interne. En revanche, la forme aplatie des étoiles en rotation rapide est un obstacle à l’analyse théorique complète des vibrations. Des physiciens du Laboratoire de Physique Théorique de Toulouse (CNRS / Univ. Toulouse 3) et de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (CNRS / Univ. Toulouse 3) viennent de proposer de nouvelles formules permettant de décrire les régularités présentes dans le spectre de vibration de ces étoiles. Ces calculs, validés par un bon accord avec des simulations numériques, concernent les parties des spectres observées de manière précise par les satellites COROT et Kepler, et devraient donc permettre d’obtenir de nouvelles informations sur la structure du coeur de ces étoiles. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les modes de vibration d’étoiles quasi sphériques comme le Soleil sont bien compris car les trajectoires d’ondes sonores qui traversent cet astre sont régulières. En revanche, dans les étoiles en rotation rapide les ondes sonores peuvent avoir des trajectoires chaotiques à cause du fort aplatissement centrifuge. La compréhension du spectre de vibration de ces étoiles est donc actuellement un des enjeux importants de la sismologie stellaire. Des chercheurs du LPT et de l’IRAP/OMP ont mené depuis quelques années une collaboration sur ce sujet. Après avoir développé un formalisme mathématique et des outils numériques capables de tenir compte, pour la première fois, des effets d’une déformation centrifuge significative sur le calcul des modes acoustiques, ils ont pu montrer que l’étude de la dynamique des rayons acoustiques offre un cadre théorique adéquat pour comprendre la structure du spectre des fréquences. Cette dynamique peut être chaotique dès que la rotation devient importante, ce qui explique pourquoi les méthodes développées en astrophysique dans le cadre des étoiles à faible rotation ne peuvent s’appliquer. Ces physiciens ont utilisé leur approche pour analyser un sous-ensemble du spectre, celui des modes réguliers, qui sont les plus faciles à observer et identifier. Des comparaisons effectuées avec des simulations numériques d’oscillations dans des modèles d’étoiles montrent que les fréquences et les amplitudes de ces modes sont décrites avec précision par leur approche pour presque toutes les valeurs de la rotation. Les spectres sont principalement caractérisés par deux nombres entiers, dont l’extraction à partir des spectres observés devrait permettre d’obtenir des informations sur l’intérieur de l’étoile.

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Exemple de mode d’oscillation régulier dans une étoile en rotation rapide, vue dans un plan méridien.
Le mode est centré sur une orbite périodique des rayons acoustiques, marquée en noir.

En savoir plus

Regular modes in rotating stars, Mickaël Pasek, Bertrand Georgeot, François Lignières, et Daniel R. Reese, PRL 107, 121101 (2011)

Contact chercheur

Bertrand Georgeot, chercheur
Francois Lignieres, chercheur

Informations complémentaires

Laboratoire de Physique Théorique, UMR 5152

Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, UMR 5277

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr