mercredi 23 août 2017

Les mouvements de la surface d'une étoile mesurés pour la première fois


Pour la première fois, les mouvements de l’enveloppe gazeuse d’une étoile autre que le Soleil ont pu être observés et mesurés. Il s’agit bien évidemment d’une étoile supergéante relativement proche, l’une des plus célèbres supergéantes rouges de notre ciel : Antarès. Ces observations permettent de mieux comprendre les mécanismes qui sont à l’origine de la perte de masse de ces étoiles énormes.




L’astronome japonais Keiichi Ohnaka, et ses deux collègues allemands ont réussi cette prouesse grâce à l’utilisation du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l’ESO au Chili en observant Antarès dans l’infra-rouge proche (la raie du CO à 2,3 µm).  Antarès est une étoile massive dans le dernier stade de son évolution, elle est située à environ 550 années-lumière. Comme les autres étoiles de ce type de plus de 9 masses solaires, Antarès (15 masses solaires) perd de grandes quantités de gaz sous forme d’un vent solaire intense. Sa taille est absolument hors normes puisque son rayon fait trois fois la distance Terre-Soleil… A la place du Soleil, elle engloberait Mars… Ce n’est donc pas un hasard si la première cartographie dynamique détaillée d’une étoile ait été effectuée sur cette supergéante proche dont le diamètre apparent est parmi les plus imposants que nous connaissions : 37,6 milliarcsecondes.
La carte d’Ohnaka et ses collègues montre des structures complexes en mouvement turbulent dans l’atmosphère externe de l’étoile, qui suggèrent que la convection seule ne peut pas les expliquer. Le modèle classique permettant d’expliquer la complexité de l’atmosphère des supergéantes rouges avec leurs points chauds, leurs poches de gaz atomique chaud côtoyant des régions de gaz moléculaire plus froid, et leurs enveloppes de gaz pouvant s’étendre sur plus de 100 unités astronomiques, reposait sur la présence de grandes cellules de convection qui feraient  remonter du gaz des profondeurs de l’enveloppe.

Tester ce modèle nécessitait de mesurer la vitesse du gaz dans les couches atmosphériques de l’étoile avec une bonne résolution spatiale. C’est avec l’instrument AMBER monté sur le VLTI que l’équipe d’Ohnaka y est parvenue. AMBER combine la lumière de trois télescopes de 1,8 m chacun espacés de plusieurs dizaines de mètres, ce qui permet de simuler un télescope qui aurait un diamètre de 82 mètres de diamètre. La résolution spatiale qu’ils obtiennent permet de diviser la surface d’Antarès en sept « pixels ». En se focalisant sur la raie du monoxyde de carbone, ils réussissent à déterminer des décalages spectraux vers le rouge ou vers le bleu, différents sur différentes zones de la surface de l’étoile. Ils peuvent ensuite construire une cartographie 2D des mouvements radiaux de gaz, un dopplergramme, le premier du genre obtenu sur une étoile autre que le Soleil.
Les images construites à partir des raies spectrales mesurées montrent deux grandes taches brillantes sur la surface ainsi qu’une atmosphère à la forme irrégulière qui s’étend au moins jusqu’à 1,7 fois le rayon de l’étoile. La cartographie de vitesses indique que les structures asymétriques observées sont des flux de gaz moléculaire qui s’élèvent puis retombent vers la surface à une vitesse de l’ordre de 20 km/s. 
Les observations d’Ohnaka et ses collaborateurs révèlent surtout que la densité et l’extension de l’atmosphère externe sont beaucoup plus grandes que ce que les modèles de convection prédisent pour les étoiles massives. Le scénario d’émission de matière par le seul fait des cellules de convection semble ainsi incomplet et d’autres mécanismes doivent être imaginés pour rendre compte des observations. Parmi les raffinements envisagés, on trouve par exemple que la pression de radiation de l’étoile puisse agir non seulement sur la poussière mais aussi sur le gaz moléculaire, ou encore que la poussière se formerait plus près de la surface qu’attendu ou bien encore que les effets de la rotation et des champs magnétiques dussent être incorporés dans les modèles de convection. 

On savait que la vitesse du gaz dans les atmosphères stellaire peut varier très vite en l’espace d’un an ou moins. On sait désormais suivre en temps réel l’évolution de ces mouvements à la surface d’une étoile. On peut aussi imaginer que la technique d’Ohnaka et ses collègues puisse être appliquée un jour à des raies d’émission signatures d’éléments se trouvant dans des couches plus profondes que la surface, ce qui offrirait alors une vue en trois dimensions des vitesses de l’enveloppe. Un progrès de ce type pourrait permettre de comprendre l’origine des vents solaires et du phénomène de perte de masse qui affectent tant l’évolution des étoiles massives, et qui sont à l’origine de l’enrichissement du milieu interstellaire.


Source

Vigorous atmospheric motion in the red supergiant star Antares
K. Ohnaka, G. Weigelt & K.-H. Hofmann
Nature 548, 310–312 (17 August 2017) 


Illustrations 

1) Cartographies de la surface d'Antarès obtenues grâce au VLTI (K. Ohnaka et al., Nature)
2) Antarès photographiée par l'astronome amateur Dick Locke, on peut apercevoir l'amas globulaire M4 en haut à droite de la supergéante rouge.

20 commentaires :

Cyp a dit…

Quel plaisir de vous voir de retour. Merci, donc, et bonne continuation !

Anonyme a dit…

quel plaisir..
Je n'ai pas encore rattrapé mon retard....

Bonne continuation et merci pour ce travail colossal qui fournit une bien belle participation à la mise en valeur de la cosmologie.
Casey29

Hélène Dunki a dit…

Quelle heureuse surprise ce matin lorsque j'ai ouvert ma messagerie !
Merci, merci d'être de retour !

Cédric Bardot a dit…

Une bonne nouvelle peut en cacher une autre!

Je me réjouis comme les deux précédents lecteurs de pouvoir lire (et écouter) de nouveaux billets sur votre site, suivant ainsi aujourd'hui les débuts de la sismologie stellaire au delà du système solaire.

Peut-être aurons-nous l'occasion demain ou plus tard d'en apprendre plus grâce à vous sur les rumeurs d'une détection d'ondes gravitationnelles et de contreparties électromagnétiques émises par la coalescence de deux étoiles à neutrons situées à 134 millions d'années de lumière de nous dans la galaxie NGC4993 ;-)

(pour des infos en anglais pour le moment : https://telescoper.wordpress.com/2017/08/23/ligo-leaks-and-ngc-4993/
https://quantumostinato.blogspot.fr/2017/08/eyes-and-ears-wide-open-for-einsteins.html)

Marie France a dit…

Votre retour..!! Formidable..!!
MERCI pour ce travail..
Un réel bonheur ..

Ludo a dit…

Je suis trop content de votre retour ;un gros MERCI
pour ce travail .
Bonne journée

Dr Eric SIMON a dit…

@Cedric Je suis bien sûr au courant de la rumeur depuis le tweet de Craig Wheeler. Mais il ne s'agit que d'une rumeur et donc si elle est finalement fondée, vous serez évidemment aux premières loges ici pour en savoir plus... LIGO doit faire un communiqué demain 25 août. Attendons.

sixenligne atmo a dit…

"ça se passe là-haut" est rouvert!!!! Trop bien!!!!

Dr Eric SIMON a dit…

Voilà, le communiqué, ou plutôt la courte mise à jour de LIGO a été postée sur le site officiel de LIGO. Il y est dit que le run qui vient de s'achever a été "very exciting" et que quelques candidats prometteurs ont bien été identifiés par LIGO et Virgo (et ça c'est l'info cruciale à retenir! LIGO+Virgo veut dire relativement bonne localisation), les données de ces candidats ont été partagées avec les observatoires partenaires mais évidemment leur analyse est en cours et prendra un moment avant de pouvoir être rendus publics. Voilà, rien ne sert de propager des rumeurs. Il n'y aura peut-être rien au bout du compte, ou peut-être des très jolies découvertes. Laissons les spécialistes avancer à leur rythme. Je mets le texte du communiqué ci-dessous, que vous retrouvez sur http://www.ligo.org/news.php

A VERY EXCITING LIGO-VIRGO OBSERVING RUN IS DRAWING TO A CLOSE AUGUST 25
25 August 2017 -- The Virgo and LIGO Scientific Collaborations have been observing since November 30, 2016 in the second Advanced Detector Observing Run ‘O2’ , searching for gravitational-wave signals, first with the two LIGO detectors, then with both LIGO and Virgo instruments operating together since August 1, 2017. Some promising gravitational-wave candidates have been identified in data from both LIGO and Virgo during our preliminary analysis, and we have shared what we currently know with astronomical observing partners. We are working hard to assure that the candidates are valid gravitational-wave events, and it will require time to establish the level of confidence needed to bring any results to the scientific community and the greater public. We will let you know as soon we have information ready to share.

Anonyme a dit…

Bonjour et merci pour tout ce travail. Bonne continuation. :)

Anonyme a dit…

Vraiment content de vous retrouver Eric Simon !

Rémy a dit…

Quel bonheur de vous retrouver, Éric, pour de nouvelles et passionnantes aventures 😃 !!

"Ça se passe là-haut" est définitivement d'une justesse et d'une qualité inégalée (autant pour les yeux que pour les oreilles).

Tout cela grâce à votre travail remarquable, je vous en remercie infiniment.

A bientôt, bonne continuation (tout en ménageant votre vie en dehors du blog 😏 )

Sébastien (Marseille) a dit…

Heyyyyyy !

Vous êtes de retour, fantastique !!!!!

Merci pour le travail réalisé.

Sébastien.

Anonyme a dit…

Bonjour,

Comme j'avais du retard dans la lecture de vos articles, je viens sur votre site et ph surprise un nouvel article!
très contente de "vous revoir" et merci pour tous ces articles fantastiques.
Mes journées au travail ne s'en portent que mieux!
Merci à vous pour tous ces partages scientifiques!

Tristan Consalvi a dit…

Idem, quel plaisir de vous (re)lire.... Merci

Alain Moreau a dit…

Yep !
Super content aussi de votre retour toubib ! :)
Je me sentais la physique un peu poussive ces derniers temps, je crois que le tonus et l'enthousiasme vont revenir instantanément en vous lisant/écoutant de nouveau ! :):)
Finie la déprime hivernale ! (eh oui, je vis pour l'astro dans l'hémisphère sud ;))
J'apprécie énormément votre travail bénévole de vulgarisation et vous en suis extrêmement reconnaissant : mon activité de médiateur scientifique en astronomie me pousse à puiser régulièrement dans vos articles de synthèse extrêmement bien faits et abordables pour aborder certaines notions, ma curiosité me poussant à explorer tout le reste avec délectation :)
Donc un big merci, un gros soutien d'encouragement, car je sais ô combien ce genre de tâche est prenante et difficile à concilier avec une vie de famille et une vie professionnelle quand on y est fortement investi. L'effort dans la durée est d'autant plus remarquable et méritant.
Merci !
Alain Moreau

Dr Eric SIMON a dit…

Encore merci pour tous vos messages d'encouragements !
Une petite précision pour Alain : on peut être docteur sans être médecin ;-) Pour ce qui me concerne, je suis docteur en physique des particules...

Willem Mazzotti a dit…

Je viens seulement de remarquer le retour du blog! Mais je me joins aux autres lectrices et lecteurs pour partager mon enthousiasmé et vous remercier.

Sylvain Muller a dit…

Bonjour,
je viens de constater aujourd'hui seulement votre retour et je voulais vous remercier pour tous les articles merveilleux que vous avez rédigés. Je ne l'avais jamais fait jusqu'à présent bien que je profitais de votre travail et que c'est pour moi un réel plaisir de découvrir et de lire un nouvel article.

Bravo et longue vie à votre Blog

Sylvain

Dr Eric SIMON a dit…

Merci à vous Willem et Sylvain!
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