En combinant les données astrométriques et photométriques du satellite Gaia de l'ESA concernant des étoiles dans la Voie lactée, il a été possible de préciser la chronologie de l'avenir du Soleil. Ou pour le moins, cette précision en est une bonne estimation.

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[EN VIDÉO] Mission Gaia : la Voie lactée bientôt cartographiée La mission Gaia de l'ESA a mesuré les positions et les vitesses d'un milliard d'étoiles dans la Voie lactée. Cela va permettre de reconstituer l'histoire de notre Galaxie, de mieux connaître sa structure mais aussi de partir à la chasse à la matière noire et aux exoplanètes.

Les progrès fulgurants de l'astrophysique nucléaire après la Seconde Guerre mondiale, complétant la constitution tout aussi rapide au cours des années 1930 de la théorie de la structure stellaire nous ont livré les clés de la vie et de la mort des étoilesétoiles, et donc bien sûr de celle qui nous concerne le plus : le SoleilSoleil.

Il reste tout de même plusieurs inconnues sur ces sujets et l'on sait que la troisième phase de publication du satellite Gaia de l'ESA effectuée le 13 juin 2022 va être utile à cet égard. Rappelons que Gaia est une mission d'astrométrie destinée à nous fournir des déterminations plus précises des vitessesvitesses et positions dans la Voie lactéeVoie lactée de plus d'un milliard d'étoiles.

Gaia doit fournir également des déterminations de la luminositéluminosité apparente et de la couleurcouleur de ces étoiles. La température déterminant la couleur d'une étoile selon la fameuse loi de Wien et la distance d'une étoile étant connue, on peut donc en tirer une luminosité absolue et dresser de façon plus précise une version du fameux diagramme des astronomesastronomes danois et états-uniens Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell.

Plus de quatre millions d'étoiles à moins de cinq mille années-lumière du Soleil sont tracées sur ce diagramme en utilisant des informations sur leur luminosité, leur couleur et leur distance provenant de la deuxième publication de données du satellite Gaia de l'ESA. Il est connu sous le nom de diagramme de Hertzsprung-Russell du nom des astronomes qui l'ont conçu au début du XX<sup>e</sup> siècle, et c'est un outil fondamental pour étudier les populations d'étoiles et leur évolution. © ESA, Gaia, DPAC, CC by-sa 3.0, IGO
Plus de quatre millions d'étoiles à moins de cinq mille années-lumière du Soleil sont tracées sur ce diagramme en utilisant des informations sur leur luminosité, leur couleur et leur distance provenant de la deuxième publication de données du satellite Gaia de l'ESA. Il est connu sous le nom de diagramme de Hertzsprung-Russell du nom des astronomes qui l'ont conçu au début du XXe siècle, et c'est un outil fondamental pour étudier les populations d'étoiles et leur évolution. © ESA, Gaia, DPAC, CC by-sa 3.0, IGO

Ils l'ont proposé indépendamment au début des années 1910 et il s'agissait au départ de montrer comment les étoiles connues de la Voie lactée se répartissaient dans un diagramme donnant la luminosité et la classe spectrale de ces étoiles ou encore leur magnitude absoluemagnitude absolue en fonction de leur température. On obtient alors une répartition en « z » vue en miroir avec transversalement une bande où se concentrent la plupart des étoiles et que l'on appelle la séquence principaleséquence principale (Main sequence en anglais).

Les étoiles de différentes massesmasses passent l'essentiel de leur vie sur cette bande à partir de leur naissance mais elles vont ensuite changer de place jusqu'à quitter la séquence principale à la fin de leur vie. Une meilleure détermination du diagramme de Hertzsprung-Russelldiagramme de Hertzsprung-Russell (HR) va donc impacter ce que l'on sait de la vie et de la mort des étoiles.


Une présentation des premiers résultats de Gaia il y a quelques années. © European Space Agency, ESA

5.863 analogues du Soleil découverts par Gaia

Dans un communiqué récent de l'ESA, l'astronome Orlagh Creevey, en poste à l'Observatoire de la Côte d'Azur, explique que c'est effectivement ce qui s'est produit grâce notamment au travail qu'elle et ses collègues ont produit à partir des dernières données de Gaia. Ce nouveau diagramme contient tellement d'informations très précises que les astronomes ont pu identifier des détails fins qui n'avaient jamais été vus auparavant, ce qui leur a permis d'en savoir plus sur le destin du Soleil.

Pour cela, Orlagh et ses collègues ont recherché des étoiles avec des températures, des gravitésgravités de surface, des compositions, des masses et des rayons qui sont tous similaires au Soleil actuel. Ils ont ainsi trouvé 5.863 étoiles correspondant à leurs critères dans les données de Gaia. Mais comme ces analogues du Soleil ne sont pas tous situés aux mêmes endroits sur le diagramme HR, on peut en déduire qu'ils représentent différents points sur la trajectoire évolutive passée et future de notre étoile.

En effet, alors que la masse des étoiles change relativement peu au cours de sa vie, la température et la taille de l'étoile varient considérablement à mesure qu'elle vieillit, devenant par exemple une géante rouge, puis une naine blanche (White dwarf en anglais). Ces changements sont entraînés par les types de réactions de fusion nucléairefusion nucléaire qui se déroulent à l'intérieur de l'étoile, comme par exemple le début de la fusion des atomesatomes d'héliumhélium, et par la localisation à l'intérieur de l'étoile de ces réactions.

La nouvelle statistique ainsi dressée permet de conclure que le Soleil atteindra sa température maximale dans un peu moins de 4 milliards d'années et qu'il deviendra une géante rouge entre un et trois milliards d'années plus tard. La Terre sera devenue inhabitable bien avant, l’évolution de la luminosité du Soleil devant conduire à l'évaporation de ces océans dans environ un milliard d'années.


Les diagrammes de Hertzsprung-Russell dressés avec les données de Gaia. La trajectoire évolutive du Soleil est montrée, déduite de celle d'étoiles similaires dans les données de Gaia. © ESA, Gaia, DPAC, CC by-sa 3.0, IGO