Il était une fois des temps cosmiques, les scientifiques supposaient que les étoiles appliquaient un frein magnétique éternel, provoquant un ralentissement sans fin de leur rotation. Grâce à de nouvelles observations et à des méthodes sophistiquées, ils ont désormais découvert les secrets magnétiques d’une étoile et ont découvert qu’ils ne correspondaient pas à leurs attentes. Les points chauds cosmiques pour trouver des voisins extraterrestres pourraient se situer autour des étoiles en crise de la quarantaine et au-delà.
Cette étude inédite, mettant en lumière les phénomènes magnétiques et les milieux habitables, a été publié dans Les lettres du journal astrophysique.
En 1995, les astronomes suisses Michael Mayor et Didier Queloz ont annoncé la première découverte d’une planète en dehors de notre système solaire, en orbite autour d’une étoile lointaine semblable au soleil connue sous le nom de 51 Pegasi. Depuis lors, plus de 5 500 soi-disant exoplanètes ont été découvertes en orbite autour d’autres étoiles de notre galaxie et, en 2019, les deux scientifiques ont partagé le prix Nobel de physique pour leurs travaux pionniers. Cette semaine, une équipe internationale d’astronomes a publié de nouvelles observations de 51 Pégases, suggérant que l’environnement magnétique actuel autour de l’étoile pourrait être particulièrement favorable au développement d’une vie complexe.
Les étoiles comme le Soleil naissent en tournant rapidement, ce qui crée un champ magnétique puissant qui peut éclater violemment, bombardant leurs systèmes planétaires de particules chargées et de rayonnements nocifs. Au fil des milliards d’années, la rotation de l’étoile ralentit progressivement à mesure que son champ magnétique est entraîné par le vent venant de sa surface, un processus connu sous le nom de freinage magnétique. La rotation plus lente produit un champ magnétique plus faible, et les deux propriétés continuent de décliner ensemble, chacune se nourrissant de l’autre.
Jusqu’à récemment, les astronomes pensaient que le freinage magnétique se poursuivait indéfiniment, mais de nouvelles observations ont commencé à remettre en question cette hypothèse.
« Nous réécrivons les manuels sur la façon dont la rotation et le magnétisme des étoiles plus anciennes comme le Soleil changent au-delà du milieu de leur vie », déclare le chef d’équipe Travis Metcalfe, chercheur scientifique principal à la White Dwarf Research Corporation à Golden, Colorado, États-Unis. « Nos résultats ont des conséquences importantes pour les étoiles dotées de systèmes planétaires et leurs perspectives de développement de civilisations avancées. »
Klaus Strassmeier, directeur de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam, en Allemagne et co-auteur de l’étude, ajoute : « Cela est dû au fait qu’un freinage magnétique affaibli étrangle également le vent stellaire et rend moins probables les événements éruptifs dévastateurs. »
L’équipe d’astronomes des États-Unis et d’Europe a combiné les observations de 51 Pegasi du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA avec des mesures de pointe de son champ magnétique du Large Binocular Telescope (LBT) en Arizona à l’aide de l’échelle polarimétrique et spectroscopique de Potsdam. Instrument (PEPSI).
Bien que l’exoplanète qui orbite autour de 51 Pegasi ne passe pas devant son étoile mère vue de la Terre, l’étoile elle-même présente de subtiles variations de luminosité dans les observations TESS qui peuvent être utilisées pour mesurer le rayon, la masse et l’âge de l’étoile – une technique connue comme l’astérosismologie.
Pendant ce temps, le champ magnétique de l’étoile imprime une infime quantité de polarisation sur la lumière de l’étoile, permettant à PEPSI sur le LBT de créer une carte magnétique de la surface stellaire pendant la rotation de l’étoile – une technique connue sous le nom d’imagerie Zeeman-Doppler. Ensemble, ces mesures ont permis à l’équipe d’évaluer l’environnement magnétique actuel autour de l’étoile.
Des observations antérieures du télescope spatial Kepler de la NASA suggéraient déjà que le freinage magnétique pourrait s’affaiblir considérablement au-delà de l’âge du soleil, rompant ainsi la relation étroite entre rotation et magnétisme dans les étoiles plus anciennes. Cependant, les preuves de ce changement étaient indirectes et reposaient sur des mesures du taux de rotation d’étoiles d’âges très variés. Il était clair que la rotation avait cessé de ralentir à un moment proche de l’âge du Soleil (4,5 milliards d’années) et qu’un freinage magnétique affaibli dans les étoiles plus anciennes pourrait reproduire ce comportement.
Cependant, seules des mesures directes du champ magnétique d’une étoile peuvent établir les causes sous-jacentes, et les cibles observées par Kepler étaient trop faibles pour les observations LBT. La mission TESS a commencé à collecter des mesures en 2018, similaires aux observations de Kepler, mais pour les étoiles les plus proches et les plus brillantes du ciel, dont 51 Pegasi.
Au cours des dernières années, l’équipe a commencé à utiliser PEPSI sur le LBT pour mesurer les champs magnétiques de plusieurs cibles TESS, construisant progressivement une nouvelle compréhension de la façon dont le magnétisme change dans les étoiles comme le soleil à mesure qu’elles vieillissent. Les observations ont révélé que le freinage magnétique change soudainement dans les étoiles légèrement plus jeunes que le soleil, devenant alors plus de 10 fois plus faible et diminuant encore à mesure que les étoiles continuent de vieillir.
L’équipe a attribué ces changements à un changement inattendu dans la force et la complexité du champ magnétique, ainsi qu’à l’influence de ce changement sur le vent stellaire. Les propriétés nouvellement mesurées de 51 Pegasi montrent que, tout comme notre propre soleil, elle a déjà traversé cette transition vers un freinage magnétique affaibli.
« Il est très gratifiant que le LBT et le PEPSI aient pu révéler une nouvelle perspective sur ce système planétaire qui a joué un rôle si central dans l’astronomie des exoplanètes », déclare Strassmeier, chercheur principal du spectrographe PEPSI. « Cette recherche constitue une étape importante dans la recherche de la vie dans notre galaxie. »
Dans notre propre système solaire, la transition de la vie des océans vers la terre s’est produite il y a plusieurs centaines de millions d’années, coïncidant avec le moment où le freinage magnétique a commencé à s’affaiblir au soleil. Les jeunes étoiles bombardent leurs planètes de radiations et de particules chargées hostiles au développement d’une vie complexe, mais les étoiles plus âgées semblent offrir un environnement plus stable. Selon Metcalfe, les résultats de l’équipe suggèrent que les meilleurs endroits pour rechercher la vie en dehors de notre système solaire pourraient être autour des étoiles d’âge moyen et plus âgées.
Plus d’information:
Travis S. Metcalfe et al, Freinage magnétique affaibli dans l’exoplanète hôte Star 51 Peg, Les lettres du journal astrophysique (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad0a95