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Les vibrations sonores des étoiles

Dossier - Le chant des étoiles, la nouvelle musique stellaire
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Notre Soleil et les autres étoiles émettent des vibrations sonores propres, que des satellites comme Corot ou Kepler étudient pour mieux connaître ces astres. Ces vibrations peuvent aussi servir de support à la création artistique.

  
DossiersLe chant des étoiles, la nouvelle musique stellaire
 

Chaque étoile a une signature sonore qui lui est propre. L'étude détaillée des fréquences stellaires conduit à des informations précieuses sur la masse de ces astres, leur rayon, leur âge, leur composition, etc. Zoom sur l'histoire de l'astérosismologie.

Comment étudier les vibrations sonores des étoiles ? Ici, l'observatoire de La Silla, au Chili. © Cedric Foellmi, Wikimedia Commons, CC by 2.5

Jusqu'à la fin du XXe siècle, le Soleil était la seule étoile dans laquelle des résonances acoustiques provoquées par la convection avaient été clairement détectées. La recherche de telles vibrations dans d'autres étoiles semblables au Soleil mais lointaines a été longue et difficile. Il a fallu pour cela construire des instruments très précis.

Il s'agit en réalité des mêmes instruments que ceux utilisés pour la recherche d'exoplanètes. Deux grands sujets contemporains se rejoignent ainsi : la découverte de planètes autour d'étoiles autres que le Soleil et la mise en évidence des vibrations acoustiques de ces dernières.

L’observatoire de La Silla, au Chili. © ESO

Naissance de l’astérosismologie

La première détection de la résonance acoustique d'une étoile semblable au Soleil date de 1999. On la doit à une équipe française d'une dizaine de personnes, qui a observé l'étoile Procyon depuis l'observatoire de Haute-Provence, avec le spectrographe Élodie, qui avait déjà permis la détection de la première exoplanète autour de l'étoile 51 Pegasi.

Deux ans après, en 2001, ont été mises en évidence les vibrations sonores de l'étoile Alpha Centauri A. Cette fois-ci, les mesures étaient effectuées par une équipe de Genève, grâce au spectrographe Coralie, monté sur le télescope suisse de 120 cm de diamètre à l'observatoire chilien de La Silla. Les découvertes n'ont cessé de se succéder depuis cette date. Une trentaine d'années après la découverte des oscillations solaires et les débuts de l'héliosismologie, ce fut ainsi au tour de l'astérosismologie de voir le jour.

Le spectre acoustique du Soleil. © DR

En effet, toutes les étoiles qui ressemblent au Soleil ont des vibrations sonores provoquées par les « bruits » de leur zone de convection interne. Le spectre audio de ce type d'étoiles a toujours la même forme : celle d'une courbe en cloche avec une fréquence centrale correspondant à l'énergie sonore maximale, entourée par un grand nombre d'harmoniques. Cette forme est due à l'excitation particulière de la zone convective, ainsi qu'aux possibilités de résonance sphérique.

Le spectre acoustique de l’étoile Beta Aquilae. © DR

Chaque étoile a une signature sonore qui lui est propre, les grosses étoiles résonnant avec des fréquences plus graves que les petites. L'étude détaillée de ces fréquences stellaires conduit à des informations précieuses sur leurs masses, rayons, âges, compositions, rotations, etc. Les astronomes peuvent aussi étudier en détail les oscillations d’étoiles à d'autres stades d'évolution, comme les géantes rouges.

Une étude particulièrement intéressante consiste à observer les fréquences de résonance des étoiles centrales de systèmes planétaires, pour déterminer plus précisément leurs caractéristiques, et, donc, celles des planètes associées.