Les astronomes ont réalisé l’étude la plus approfondie à ce jour sur l’activité magnétique des étoiles lorsqu’elles sont jeunes. Cela donne aux scientifiques une fenêtre sur la façon dont les rayons X d’étoiles comme le soleil, mais des milliards d’années plus jeunes, pourraient évaporer partiellement ou complètement les atmosphères des planètes qui les orbitent.
De nombreuses étoiles commencent leur vie dans des « amas ouverts », des groupes d’étoiles peu serrés comptant jusqu’à quelques milliers de membres, tous formés à peu près au même moment. Cela rend les amas ouverts précieux pour les astronomes qui étudient l’évolution des étoiles et des planètes, car ils permettent l’étude de nombreuses étoiles d’âges similaires forgées dans le même environnement.
Une équipe d’astronomes dirigée par Konstantin Getman de la Penn State University a étudié un échantillon de plus de 6 000 étoiles dans 10 amas ouverts différents âgés de 7 à 25 millions d’années. L’un des objectifs de cette étude était d’apprendre comment les niveaux d’activité magnétique des étoiles comme notre soleil changent au cours des premières dizaines de millions d’années après leur formation. Getman et ses collègues ont utilisé l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA pour cette étude, car les étoiles qui ont plus d’activité liée aux champs magnétiques sont plus brillantes dans les rayons X.
Un article décrivant les résultats de l’équipe a été publié dans le numéro d’août de Le Journal Astrophysique et est disponible en ligne. Les coauteurs de l’article sont Eric D. Feigelson et Patrick S. Broos de la Penn State University, Gordon P. Garmire du Huntingdon Institute for X-ray Astronomy, Michael A. Kuhn de l’Université de Hertsfordshire, Thomas Preibisch de Ludwig-Maximilians- Universitat et Vladimir S. Airapetian du Goddard Space Flight Center de la NASA.
Cette image composite montre l’un de ces amas, NGC 3293, vieux de 11 millions d’années et situé à environ 8 300 années-lumière de la Terre dans la galaxie de la Voie lactée. L’image contient des rayons X de Chandra (violet) ainsi que des données infrarouges de l’observatoire spatial Herschel de l’ESA (rouge), des données infrarouges à plus longue longueur d’onde du télescope spatial Spitzer à la retraite de la NASA (bleu et blanc) et des données optiques du MPG/ESO Télescope de 2,2 mètres à l’observatoire La Silla de l’ESO au Chili apparaissant en rouge, blanc et bleu.
Les chercheurs ont combiné les données Chandra sur l’activité des étoiles avec les données du satellite Gaia de l’ESA – non représentées sur la nouvelle image composite – pour déterminer quelles étoiles se trouvent dans les amas ouverts et lesquelles se trouvent au premier plan ou à l’arrière-plan. L’équipe a identifié près d’un millier de membres du cluster.
Ils ont combiné leurs résultats pour les amas ouverts avec des études Chandra précédemment publiées sur des étoiles aussi jeunes que 500 000 ans. L’équipe a découvert que la luminosité des rayons X des jeunes étoiles semblables au soleil est à peu près constante pendant les premiers millions d’années, puis s’estompe de 7 à 25 millions d’années. Cette diminution se produit plus rapidement pour les étoiles plus lourdes.
Pour expliquer cette baisse d’activité, l’équipe de Getman a utilisé la compréhension des astronomes de l’intérieur du soleil et des étoiles semblables au soleil. Les champs magnétiques dans ces étoiles sont générés par une dynamo, un processus impliquant la rotation de l’étoile ainsi que la convection, la montée et la descente du gaz chaud à l’intérieur de l’étoile.
Vers l’âge de NGC 3293, les dynamos des étoiles de type solaire deviennent beaucoup moins efficaces car leurs zones de convection deviennent plus petites à mesure qu’elles vieillissent. Pour les étoiles dont la masse est inférieure à celle du soleil, il s’agit d’un processus relativement graduel. Pour les étoiles plus massives, une dynamo s’éteint parce que la zone de convection des étoiles disparaît.
L’activité d’une étoile affecte directement les processus de formation des planètes dans le disque de gaz et de poussière qui entoure toutes les étoiles naissantes. Les jeunes étoiles les plus bruyantes et magnétiquement actives nettoient rapidement leurs disques, stoppant la croissance des planètes.
Cette activité, mesurée en rayons X, affecte également l’habitabilité potentielle des planètes qui émergent après la disparition du disque. Si une étoile est extrêmement active, comme c’est le cas pour de nombreuses étoiles NGC 3293 dans les données de Chandra, les scientifiques prédisent qu’elle fera exploser les planètes de son système avec des rayons X énergétiques et de la lumière ultraviolette. Dans certains cas, ce barrage à haute énergie pourrait faire perdre à une planète rocheuse de la taille de la Terre une grande partie de son atmosphère d’origine riche en hydrogène par évaporation en quelques millions d’années. Il pourrait également éliminer une atmosphère riche en dioxyde de carbone qui se forme plus tard, à moins qu’elle ne soit protégée par un champ magnétique. Notre planète possède son propre champ magnétique qui a empêché un tel résultat pour la Terre.
Plus d’information:
Konstantin V. Getman et al, Évolution de l’activité des rayons X dans The Astrophysical Journal (2022). DOI : 10.3847/1538-4357/ac7c69