dimanche 3 mai 2020

Le Soleil est moins actif que les étoiles du même type


Le Soleil n’est pas une étoile comme les autres de sa catégorie, c’est ce que vient de montrer une équipe de chercheurs allemands, australiens et coréens après avoir analysé 369 étoiles similaires : ses variations de luminosité apparaissent beaucoup moins importantes. Une étude parue dans Science.



On le sait, le Soleil est une étoile qui est en changement continu : il suit un cycle d’activité de 11 ans qui se traduit par l’apparition de taches sombres à sa surface dont le nombre suit ce cycle d’activité magnétique. C’est lorsque les lignes de champ magnétique sont perturbées ou durant le maximum d’activité qu’apparaissent les éruptions solaires les plus intenses. Et les éjections de masse coronale (du plasma magnétisé éjecté à grande vitesse) sont elles aussi associées à ces éruptions.

Le Soleil est en ce moment même dans le creux de son cycle d’activité (début du cycle 25), avec une absence totale de taches depuis maintenant plusieurs dizaines de jours d’affilée. Mais qu’en est-il des étoiles de la même catégorie que celle du Soleil ?
Timo Reinhold (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) et ses collaborateurs se sont posé cette question et ont choisi d'explorer les caractéristiques de presque 400 étoiles similaires au Soleil, ayant non seulement les mêmes caractéristiques physiques (masse, température, âge, luminosité moyenne, métallicité), mais aussi la même période de rotation. C’est la première fois qu’une telle comparaison est effectuée. Et les astrophysiciens observent que la très grande majorité de ces étoiles montrent des variations beaucoup plus importantes que le Soleil.
Comme les étoiles sont en rotation sur elles-mêmes, les taches à leur surface apparaissent puis disparaissent en fonction de la période de rotation. Elles modulent ainsi la luminosité des étoiles. Le nombre et la taille des taches, lui, signe directement l’activité magnétique et donne l’amplitude de ces variations de luminosité (via le pourcentage de la surface stellaire assombri). 
Nous connaissons l’activité du Soleil sur une période de temps bien sûr très courte à l’échelle de son âge : seulement 9000 ans (par des mesures de compositions isotopiques du carbone et du béryllium dans des troncs d’arbres ainsi que dans des carottes de glace ancienne). Et le nombre de taches solaires est suivi seulement depuis 1610. Ce qui est observé sur le Soleil sur cette période de plusieurs milliers d'années, ce sont des fluctuations de même amplitude qu’aujourd’hui (donc une activité magnétique similaire).
Pour comparer, Reinhold et ses collaborateurs ont soigneusement sélectionné 369 étoiles. Leur période de rotation sur elles-mêmes était un paramètre crucial car la rotation est à l’origine du champ magnétique induit par effet dynamo et on sait que l’activité changeante d’une étoile est très dépendante des processus magnétiques qui s’y jouent.
Ce n’est que depuis quelques années que nous disposons d’un catalogue contenant la période de rotation de plusieurs milliers d’étoiles, élaboré grâce aux mesures effectuées par le télescope Kepler qui a traqué les fluctuations de luminosité de 150 000 étoiles de la séquence principale entre 2009 et 2013. Timo Reinhold et son équipe ont sélectionné parmi toutes ces étoiles celles qui montrent une période de rotation comprise entre 20 et 30 jours, sachant que la période du Soleil est de 27 jours en moyenne (elle est un peu différente à l’équateur et aux pôles). Les astrophysiciens se sont également aidés des données astrométriques produites par le télescope Gaia pour construire leur échantillon représentatif des étoiles similaires au Soleil.

Sur une période d’observation de 4 ans (entre 2009 et 2013), alors que la luminosité du Soleil fluctuait de 0,07%, les 369 étoiles similaires fluctuaient en moyenne de 0,4%, soit 5 fois plus !
Les chercheurs ont également mesuré ce que donnaient un échantillon de plus de 2500 autres étoiles du même type mais cette fois-ci sans disposer de leur période de rotation, et ils observent pour ces étoiles de rotation inconnue une variabilité de luminosité bien plus faible que celle des 369 étoiles du premier échantillon. 
Les chercheurs en tirent deux conclusions possibles. La première serait que les 369 étoiles montrent le niveau de fluctuations dont doit être capable le Soleil, mais il se trouverait pour une raison inconnue dans une période très calme depuis au moins 10 000 ans. A une échelle de temps plus grande, il pourrait retrouver une activité bien plus intense.
La seconde hypothèse serait que la dynamo du Soleil qui est à l’origine de son champ magnétique aurait atteint la fin de son étape « à haute puissance » et serait en transition vers une période de très faible activité, à l’image des étoiles de même type qui sont plus âgées que lui qui montre une activité magnétique quasi inexistante.
Dans un cas comme dans l’autre, le fait d’avoir un Soleil faiblement actif a dû largement bénéficier au développement des organismes vivants sur la Terre, et ce n’est peut-être pas un hasard que nous soyons là pour en parler… Pour ce qui concerne le futur en revanche, les deux hypothèses impliquent des conclusions bien différentes, l’une étant bien plus optimiste que l’autre.


Source

The Sun is less active than other solar-like stars
Timo Reinhold et al.
Science Vol. 368, Issue 6490 (01 May 2020)


Illustrations

1) Le Soleil imagé par SOHO à 9 ans d'intervalle (2000 et 2009) (NASA)

2) Schéma de la différence de fluctuations de luminosité observées entre le Soleil et les étoiles similaires (Science)