La Musique des Etoiles...

Les étoiles font de la musique. C’est ce que parviennent à observer les astronomes exploitant le télescope spatial Kepler à la recherche d’exoplanètes.

Quel est le rapport entre les exoplanètes et la « musique » des étoiles ? Cette « musique » est en fait une série d’ondes acoustiques parcourant l’intérieur des étoiles. Ces ondes acoustiques sont provoquées par des turbulences ayant lieu à la surface des étoiles, qui se propagent ensuite dans toute l’étoile en formant des résonances.

Les fréquences de résonances dépendent étroitement de la taille de l’étoile, ainsi que de sa composition et donc de sa masse. Et par quoi se traduisent ces phénomènes acoustiques ? Et bien par des variations périodiques de très faible intensité (de l’ordre de 1/1000) de la luminosité de l’étoile. C’est justement ce type de signal qui est recherché par le satellite Kepler pour mettre en évidence la présence d’exoplanètes autour des étoiles.

Exemple de modes de vibration

De fait, le télescope Kepler est utilisé pour deux recherches très différentes, à la fois sa recherche principale (les exoplanètes) et une recherche secondaire sur l’étude acoustique des étoiles. On appelle cette dernière branche de l’astrophysique l’astérosismologie, ou encore la musique des étoiles...

L’asterosismologie avait été révolutionnée une première fois par le satellite Corot lancé en 2006, puis quelques années seulement plus tard maintenant avec Kepler, qui est neuf fois plus sensible que Corot et permet d’écouter plusieurs centaines d’étoiles en même temps. Avant Corot, l’asterosismologie ne pouvait se limiter qu’aux 20 étoiles proches les plus brillantes, à cause de la turbulence de l’atmosphère terrestre qui empêchait de voir ces très faibles variations de luminosité, petites notes de musiques noyées dans un bruit assourdissant…

Heureusement, les signaux produits par les résonances acoustiques des étoiles et par les transits d’exoplanètes n’interfèrent pas entre eux : alors que les variations acoustiques de luminosité ont des périodes temporelles de l’ordre de quelques minutes, celles liées au transit de planètes ont des durées de l’ordre de l’heure.

Les planétologues travaillent ainsi en toute sérénité avec les asterosismologues sur les mêmes données.

Il y a quelques mois une équipe de musicologues (d’astérosismologues) a étudié un groupe de 500 étoiles avec Kepler pour en déduire leur masse et vérifier les modèles d’étoiles communément utilisés. L’analyse des fréquences et des amplitudes a permis de montrer que la masse de ces étoiles se situait dans la bonne fourchette, mais cependant était légèrement inférieure à ce qui était prévu, pouvant avoir pas mal d’implications sur les modèles de formation de galaxie ou autres. L’asterosismologie s’avère être un outil puissant.

Elle a aussi permis à une autre équipe d’étudier en détail le fonctionnement de l’intérieur de ces grosses caisses que sont les géantes rouges, et ont pu mesurer la vitesse de rotation du cœur de ce type d’étoile. Ils trouvent ainsi un cœur compact tournant dix fois plus vite que la surface, comme on s’y attendait de par nos modèles de formation des géantes rouges avec contraction du cœur et expansion de l’enveloppe, mais aussi par la physique classique et la conservation du moment cinétique, tel le patineur qui tourne plus vite sur lui-même lorsqu’il ressert les bras…

D’autres astrophysiciens voudraient pouvoir relier les oscillations acoustiques des étoiles à leur éventuel cycle magnétique comme il en existe un pour notre Soleil. Mais pour cela, le suivi d’une étoile donnée devrait se faire sur une dizaine d’années et Kepler doit cesser son activité à la fin 2012…

Des deux domaines de recherche dédiés au satellite Kepler, des petits malins ont proposé de n’en faire qu’un, également dans le but de prolonger au maximum cette mission, dont le satellite aurait suffisamment de ressources pour vivre jusqu’en 2020.

Ils proposent d’associer la musique avec la danse : associer les résultats obtenus sur la taille des étoiles avec ceux obtenus sur le transit des exoplanètes pour une même étoile. En effet, la taille des exoplanètes détectées lors de leur transit est obtenue relativement à la taille de l’étoile. Or cette dernière peut être parfois assez mal connue… sauf par l’analyse acoustique !

L’asterosismologie donne alors la taille de l’étoile, l’explanétologie fournit la taille relative de la planète et ensemble, ces deux résultats fournissent la dimension précise de l’exoplanète… Cette méthode pourrait être très prometteuse pour les petites exoplanètes de la taille de la Terre par exemple…

biblio :

Kepler’s surprise: The sounds of the stars

Ron Cowen

Nature 481 (04 January 2012)

Voir aussi :

·  The Kepler mission

·  The COROT mission

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