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Evidence d’un freinage important de la rotation des étoiles avant le stade naine blanche

Par Stephane Charpinet - 8/06/2010

 

La revue Nature publie, ce jeudi 24 septembre, une étude montrant que l’étoile en fin de vie, GW Virginis, tourne lentement sur elle même et de façon rigide. C’est par l’astérosismologie, soit l’analyse détaillée des pulsations de cette étoile, que ce résultat a été obtenu par un chercheur du Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse-Tarbes et ses collaborateurs. Cela implique que les étoiles ralentissent massivement leur rotation au cours des phases évolutives précédent le stade ultime des naines blanches.

 

Dans 5 milliards d’années environ, le Soleil aura évolué vers sa phase ultime et prendra la forme d’une naine blanche. Ces astres sont les résidus de coeurs stellaires mis à nu. Devenus inertes, ils se refroidissent et s’éteignent lentement. Cette évolution est le sort de plus de 95% des étoiles dans l’Univers. Les naines blanches sont des étoiles très compactes qui « pèsent » environ 60% de la masse du Soleil mais dont les dimensions sont celles de la Terre (soit à peine un centième du rayon solaire). Si le Soleil et les étoiles devaient conserver tout au long de leur vie le mouvement de rotation acquis durant leur formation, les naines blanches, en raison de leur taille réduite, devraient tourner très rapidement sur elles mêmes avec des périodes de quelques secondes à peine [1]. Or, la surface des naines blanches semble relativement figée avec des périodes de rotation de plusieurs heures, voire plusieurs années. Mais qu’en est-il au juste de la rotation dans les zones internes, innacessibles à l’observation directe ? Ce pourrait-il qu’une naine blanche « cache » son moment cinétique dans ses régions profondes qui tourneraient beaucoup plus rapidement que les zones superficielles ?




Représentation des pulsations dans l’étoile GW Virginis. La partie droite illustre les principaux modes impliqués dans les vibrations de cette étoile. Ces pulsations sont ici principalement des ondes de température représentées par des zones chaudes (en bleu) des zones froides (en rouge). La partie gauche est la superposition de ces ondes qui donne les variations complexes de température (et donc de luminosité) à la surface de l’étoile qui sont observées. La partie gauche montre également la propagation de ces ondes a l’intérieur de l’étoile. Dans le cas de GW Virginis représenté ici, les ondulations se propagent pratiquement de la surface jusqu’au centre. C’est cette propriété qui nous permet de sonder la rotation interne de l’étoile sur près de 90% de son rayon (Image : S. Charpinet).


Une équipe franco-canadienne, constituée de S. Charpinet (Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse-Tarbes, INSU-CNRS, Université de Toulouse 3, Observatoire Midi-Pyrénées), G. Fontaine et P. Brassard (Université de Montréal), apporte une réponse à cela suite à l’analyse détaillée des vibrations de l’étoile GW Virginis, un objet à l’aube de son lent déclin sous forme de naine blanche [2].

Les trois chercheurs de l’équipe montrent que GW Virginis est en rotation lente et rigide sur au moins 90% de son rayon, englobant la quasi-totalité (97 %) de sa masse, éliminant ainsi la possibilité d’un coeur en rotation rapide. Sa période de rotation rigide est estimée à 33,6 heures. Ce résultat indique que l’étoile, probable descendante d’un lointain Soleil ou d’une étoile similaire, a vraisemblablement subi un freinage extrêmement important de sa rotation avant de devenir une naine blanche.

Les trois chercheurs estiment que l’énergie de rotation résiduelle de GW Virginis représente à peine à 0,000001% de son énergie thermique interne responsable de sa luminosité, ce qui implique que cette étoile a perdu essentiellement tout son moment cinétique au cours de phases évolutives antérieures. Puisque GW Virginis est une étoile représentative des naines blanches en formation, ceci conforte les théories qui évoquent des mécanismes forts de freinage de la rotation interne des étoiles au cours de leur évolution et élimine les autres.

Cette découverte est publiée dans la revue Nature du 24 septembre 2009

[1] C’est le même principe, celui de la conservation du moment cinétique, qui s’applique à l’exemple de la patineuse qui, en ramenant ses bras sur elle-même, tourne de plus en plus rapidement.

[2] La technique utilisée pour arriver à ce résultat – l’astérosismologie – permet d’exploiter les pulsations stellaires pour sonder l’intérieur des étoiles, à l’image des géophysiciens qui étudient les ondes sismiques terrestres pour déterminer la structure interne de notre planète. Elle ouvre des perspectives importantes pour mieux connaître l’évolution structurelle et dynamique des étoiles sous l’action de processus physiques complexes.


Contacts :

Dr. Stéphane Charpinet, LATT / OMP, France, Tél. : +33 (0)5 61 33 29 51 – Courriel : stephane.charpinet@ast.obs-mip.fr

Pr. Gilles Fontaine Université de Montréal – Montréal, Québec, Canada
Tél. : +1 (514) 343-6111-X47666 - Courriel : fontaine@astro.umontreal.ca

L’article dans Nature

 

 

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