Les naines rouges sont les étoiles les plus abondantes de la Voie lactée, représentant 70 % de toutes les étoiles.
Mais la physique de leurs intérieurs n’est pas bien comprise. La chaleur est générée dans le noyau et se déplace vers la surface, mais il n’est pas clair si ce processus se produit par rayonnement, convection ou une combinaison des deux. Le facteur clé déterminant si les naines rouges sont dominées par le rayonnement ou la convection est l’opacité de l’hydrogène interne.
Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilisant le National Ignition Facility, le laser le plus grand et le plus énergétique au monde, explorent l’opacité de l’hydrogène sous les pressions extrêmes et les températures relativement basses trouvées à l’intérieur des naines rouges. La recherche apparaît dans la revue, Physique des plasmas.
Les naines rouges sont des étoiles de très faible masse. En conséquence, ils ont des pressions relativement basses, un faible taux de fusion et une basse température. L’énergie générée est le produit de la fusion nucléaire de l’hydrogène en hélium par le mécanisme de la chaîne proton-proton (PP). Ces étoiles émettent relativement peu de lumière.
Dans leur article, les scientifiques et collaborateurs du LLNL proposent une nouvelle expérience d’implosion au NIF pour mesurer l’opacité de l’hydrogène dense due à l’absorption libre-libre, considérée comme le mécanisme d’absorption dominant pour cet environnement. Pour ce faire, la vitesse d’implosion est considérablement réduite pour atteindre des températures de plasma plus froides que celles requises pour les réactions de fusion à confinement inertiel auto-entretenues, et l’hydrogène à haute densité est sondé par radiographie aux rayons X.
On pense que les plus petites naines rouges sont entièrement convectives. Dans ce cas, les réactions de fusion dans le cœur sont réalimentées en permanence par l’hydrogène des couches externes. Combinée aux faibles taux de fusion dus aux températures relativement basses du cœur, la convection permet peut-être à certaines naines rouges de durer des billions d’années jusqu’à ce que tout le carburant hydrogène soit épuisé.
La structure interne d’une étoile a un impact majeur sur l’activité de sa surface. La frontière entre un noyau radiatif et une couche convective peut conduire à de forts champs magnétiques et à une atmosphère turbulente, y compris des explosions radiatives et de plasma qui peuvent menacer la vie sur les planètes voisines.
« Mais même un petit noyau radiatif peut fortement changer de comportement et son existence dépend de manière cruciale de l’efficacité du transport du rayonnement dans la matière hautement comprimée », a déclaré le co-auteur du LLNL, Tilo Doeppner. « Comprendre les propriétés radiatives des plasmas complexes au sein d’une étoile hôte est crucial pour juger de la possibilité qu’une exoplanète héberge la vie, en particulier pour les naines rouges où l’on pense que la zone habitable se trouve relativement près de l’étoile elle-même en raison de la faible surface Température. »
J. Lütgert et al, Plate-forme pour sonder les propriétés de transport de rayonnement de l’hydrogène dans les conditions trouvées dans les intérieurs profonds des naines rouges, Physique des plasmas (2022). DOI : 10.1063/5.0094579