La chasse aux « jumeaux solaires » avec le télescope spatial Kepler

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Le 10 juillet 2014,
La chasse aux « jumeaux solaires » avec le télescope
spatial Kepler
Grâce aux observations issues du satellite Kepler, une équipe internationale, pilotée par le CfA
1
à
Harvard et impliquant des chercheurs du Laboratoire AIM (CNRS/CEA/Université Paris Diderot),
vient de détecter une vingtaine de nouveaux analogues du Soleil dont l’âge a pu être estimé
2
, et
incluant 8 étoiles pouvant être considérées comme des « jumeaux solaires ». Semblables en de
nombreux points au Soleil (masse, rayon, âge), ces étoiles permettent de réaliser un panorama
complet de l’évolution du Soleil au cours du temps. Ces éléments sont d’une importance
majeure pour de futures missions spatiales étudiant les étoiles de notre galaxie, comme les
satellites de la NASA, TESS, et de l’ESA, PLATO.
Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters le 10 juillet 2014.
En 1997, l’étude des étoiles analogues au Soleil prend un tournant important au sein de la
communauté scientifique. A l’époque, seul un « jumeau solaire » avait été identifié. Récemment
3
, les
chercheurs ont découvert une vingtaine d’étoiles analogues au Soleil, dont une dizaine de « jumeaux
solaires » ce qui a permis de doubler le nombre connu auparavant.
Grâce à la réalisation de mesures spectroscopiques
4
, à l’utilisation de la technique d’Astérosismologie
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,
et à l’aide des observations du satellite Kepler, une équipe internationale pilotée par le CfA à Harvard, et
impliquant des chercheurs du Laboratoire AIM (CNRS/CEA/Université Paris Diderot), a détecté une
vingtaine d’analogues solaires dont l’âge a pu être estimé. Mais comment faire la différence entre
analogues et véritables jumeaux ? Les analogues solaires sont des étoiles dont la masse et la
composition chimique sont proches de celles du Soleil alors que les « jumeaux » ont des contraintes
plus fortes (par exemple, une masse comprise entre 0,95 et 1,05 masse solaire). Les chercheurs ont
déterminé de nombreux paramètres, dont la période de rotation, de chaque étoile. Celles ayant des
caractéristiques trop éloignées de ces critères sont alors écartées. Les étoiles restantes constituent des
« jumeaux » du Soleil, plus jeunes ou plus âgés. Elles permettent aux astrophysiciens de voir ce qu’a
été et ce que sera le Soleil et donc de retracer son histoire.
Actuellement, le Soleil est à la moitié de sa vie et finira par se transformer en une étoile massive
qualifiée de « géante rouge », avant de refroidir longuement et de devenir une étoile naine peu
brillante. Or, cette évolution est en partie régie par la manière dont le Soleil tourne sur lui-même, cette
rotation induisant des modifications profondes de sa structure interne. Et, si sa période de rotation est
actuellement de 26 jours, celle-ci augmente très lentement.
1
Center For Astrophysics, http://www.cfa.harvard.edu/
2
En collaboration avec le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de Cambridge (Massachussetts), l’Université de Rio
Grande au Brésil, le Space Science Institute de Boulder (Colorado) et l’Institut Leibniz de Potsdam en Allemagne
3
E.g., Meléndez & RamÍrez 2007
4
Mesures permettant de déduire précisément certaines caractéristiques de la surface d’une étoile comme sa température et sa
gravité.
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Technique qui consiste à étudier les propriétés des ondes acoustiques qui se propagent au cœur des étoiles, et qui permet
notamment d’estimer la masse, le rayon et l’âge des étoiles observées.

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En connaissant la période de rotation d’étoiles de masse comparable à celle du Soleil et en supposant
le même processus de ralentissement, il est possible d’estimer leur âge. Et les étoiles jeunes tournent
plus vite que les étoiles plus âgées.
Pour mesurer la rotation des étoiles étudiées ici, les astronomes ont analysé les variations de la
luminosité moyenne émise par l’étoile due à l’assombrissent produit par le passage de taches
stellaires (similaires à celles du Soleil) sur la surface du disque visible de l’étoile. La vitesse de
rotation de l’étoile est déduite à partir du temps de passage de ces taches. Les résultats obtenus ont
permis de confirmer les relations empiriques entre âge et rotation d’étoiles pour des étoiles
indépendantes dites “du champ" (n’appartenant pas à un amas d’étoiles), relations uniquement
validées jusqu’à présent pour des étoiles faisant partie d’amas d’étoiles jeunes. Ces nouvelles
données sont d’une importance majeure pour de futures missions spatiales comme la future mission
PLATO de l’ESA dont le but est d’étudier les systèmes planétaires similaires au système solaire avec
des planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’étoiles de type solaire.
Légende : (Gauche) Composition artistique montrant les courbes de lumières de trois étoiles, de la plus vieille à la
plus jeune (de 5 milliards d’années à 100 millions d’années), observées par le satellite Kepler. Le satellite
observe ici des tâches stellaires qui permettent de déduire la vitesse de rotation de ces étoiles. (Droite)
Diagramme montrant la comparaison réalisée entre les âges obtenus par l’astérosismologie et la girochronologie
pour le Soleil et les 8 jumeaux solaires de cette étude.
References :
Rotation periods and ages of solar analogs and solar twins revealed by the Kepler mission, J.-D. do Nascimento
Jr., R. A. Garcıa, S. Mathur, F. Anthony, S. A. Barnes, S. Meibom, J.S. da Costa, M. Castro, D. Salabert and T.
Ceillier, Astrophysical Journal Letters, 10/07/2014
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Coline Verneau l T. [phone] l [email protected]