Une équipe coordonnée par Thierry Appourchaux vient d’établir les tables des fréquences des oscillations (appelées « modes propres ») de 61 étoiles de 3 familles différentes, oscillations qui occasionnent d'infimes mais périodiques variations de la luminosité de l'étoile. Plus de 2200 modes ont été ainsi répertoriés. Leurs propriétés (comme leur fréquence) vont maintenant mettre à l’épreuve les connaissances théoriques sur les étoiles, avec de beaux raffinements en perspective pour la physique stellaire.

Toutes ces étoiles (ainsi que le Soleil) oscillent sous l'effet de vibrations acoustiques, un peu comme un instrument de musique, à des fréquences particulières correspondant aux modes propres de l'étoile (les « notes », pour filer l'analogie musicale). Ces oscillations, qui se propagent dans l'étoile (mais pas en dehors!), occasionnent d'infimes mais périodiques variations de luminosité qui apportent alors une information sur la structure interne des étoiles. La qualité des données des missions spatiales telles que CoRoT et Kepler permet ainsi une analyse sismique précise de nombreuses étoiles, avec notamment la détermination du spectre de leurs oscillations. Ce domaine de recherche, l’astérosismologie, est devenu un outil d’investigation extrêmement efficace, qui a donné lieu à une véritable révolution en physique stellaire.

La présente étude a été réalisée sur des courbes de lumière longues de 9 mois obtenues par Kepler. Pour la première fois, un nombre élevé d’étoiles (61) a été analysé de manière détaillée et coordonnée, avec à la clé, la création d’une base de données cohérente et statistiquement significative. Pour chaque mode propre de chaque étoile sont ainsi recherchés ses fréquence, amplitude et temps d’amortissement.

Au total, plus de 2200 modes propres ont ainsi été répertoriés et pourront servir à affiner la connaissance que nous avons des étoiles. Par exemple, dans le spectre de Fourier qui sert à leur analyse, ces modes se placent avec un espacement régulier en fréquence (appelé « grande séparation ») qui est une indication directe de la densité de l'étoile.

Dans la figure ci-dessous, la valeur de la grande séparation en fréquence est représentée pour chaque étoile en fonction de sa température de surface. Les différentes couleurs correspondent aux trois catégories d’étoiles observées : des étoiles de type solaire, des étoiles plus chaudes que le Soleil (de type spectral F), et des étoiles plus avancées dans leur évolution, qui ont épuisé l'hydrogène en leur centre et vont vers le stade de géante rouge. La figure montre que la grande séparation participe à l'estimation de la position de l'étoile observée sur son chemin évolutif (en pointillés) et donc à son âge.

Publication : Appourchaux et al. 2012, http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201218948

Contact : Thierry Appourchaux, thierry.appourchaux/@/ias.u-psud.fr