Découverte de la physique derrière le comportement inhabituel des super éruptions stellaires

Notre soleil produit activement des éruptions solaires qui peuvent avoir un impact sur la Terre, les éruptions les plus fortes pouvant provoquer des pannes d’électricité et perturber les communications, potentiellement à l’échelle mondiale. Même si les éruptions solaires peuvent être puissantes, elles sont insignifiantes comparées aux milliers de « super éruptions » observées par les missions Kepler et TESS de la NASA. Les « super éruptions » sont produites par des étoiles 100 à 10 000 fois plus brillantes que celles du soleil.

On pense que la physique est la même entre les éruptions solaires et les super éruptions : une libération soudaine d’énergie magnétique. Les étoiles super-flasques ont des champs magnétiques plus forts et donc des éruptions plus brillantes, mais certaines présentent un comportement inhabituel : une amélioration initiale de la luminosité de courte durée, suivie d’une éruption secondaire de plus longue durée mais moins intense.

Une équipe dirigée par Kai Yang, chercheur postdoctoral à l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï, et le professeur agrégé Xudong Sun ont développé un modèle pour expliquer ce phénomène, qui a été publié aujourd’hui dans Le journal d’astrophysique.

« En appliquant ce que nous avons appris sur le soleil à d’autres étoiles plus froides, nous avons pu identifier la physique à l’origine de ces éruptions, même si nous n’avons jamais pu les voir directement », a déclaré Yang. « La luminosité changeante de ces étoiles au fil du temps nous a en fait aidé à « voir » ces éruptions qui sont vraiment beaucoup trop petites pour être observées directement. »

Courbes légères

On pensait que la lumière visible de ces éruptions provenait uniquement des couches inférieures de l’atmosphère d’une étoile. Les particules alimentées par la reconnexion magnétique tombent de la couronne chaude et ténue (couche externe d’une étoile) et chauffent ces couches.

Des travaux récents ont émis l’hypothèse que l’émission des boucles coronales (plasma chaud piégé par le champ magnétique solaire) pourrait également être détectable pour les étoiles super-flares, mais la densité dans ces boucles devrait être extrêmement élevée. Malheureusement, les astronomes n’avaient aucun moyen de tester cela, car il n’existe aucun moyen de voir ces boucles sur des étoiles autres que notre propre soleil.

D’autres astronomes, utilisant les données des télescopes Kepler et TESS, ont repéré des étoiles avec une courbe de lumière particulière, semblable à une « bosse de pic » céleste, un saut de luminosité. Il s’avère que cette courbe de lumière ressemble à un phénomène solaire dans lequel un deuxième pic plus progressif suit l’éclatement initial.

« Ces courbes de lumière nous ont rappelé un phénomène que nous avons observé sur le Soleil, appelé éruptions solaires de phase tardive », a déclaré Sun.

Produire une luminosité de phase tardive similaire

Les chercheurs ont demandé : « Le même processus – de grandes boucles stellaires sous tension – pourrait-il produire des améliorations similaires de la luminosité en phase tardive dans la lumière visible ?

Yang a abordé cette question en adaptant les simulations de fluides fréquemment utilisées pour simuler les boucles d’éruption solaire et en augmentant la longueur de la boucle et l’énergie magnétique. Il a découvert que l’apport important d’énergie de l’éruption injecte une masse importante dans les boucles, ce qui entraîne une émission de lumière visible dense et brillante, comme prévu.

Ces études ont révélé que nous ne voyons une telle lumière éclatante que lorsque le gaz très chaud refroidit dans la partie la plus élevée de la boucle. En raison de la gravité, cette matière lumineuse tombe ensuite, créant ce que nous appelons la « pluie coronale », que nous voyons souvent sur le soleil. Cela donne à l’équipe l’assurance que le modèle doit être réaliste.