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

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. Récemment3, 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 spectroscopiques¹, à l’utilisation de la technique d’Astérosismologie², 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.

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.

¹ Mesures permettant de déduire précisément certaines caractéristiques de la surface d’une étoile comme sa température et sa gravité.
² Technique qui consiste à étudier les propriétés des ondes acoustiques qui se propagent au coeur des étoiles, et qui permet notamment d’estimer la masse, le rayon et l’âge des étoiles observées.

Source : CEA
Le CEA est un organisme de recherche sur les énergies nucléaire et renouvelables, les technologies pour l’information et la santé, la défense et la sécurité.