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La terrible colère d'une jeune étoile turbulente

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Le 23 avril dernier, une série d'éruptions fulgurantes produites par une naine rouge distante de 60 années-lumière a surpris les astronomes. Le satellite Swift qui a émis l'alerte et scruté le phénomène plusieurs jours, a relevé que l'événement le plus intense fut 10.000 fois plus puissant que la plus violente des éruptions enregistrées à la surface de notre Soleil. Comment d'aussi petites étoiles peuvent-elles être le théâtre d'une activité aussi forte et soudaine ?

Illustration du couple de naines rouges DG Canum Venaticorum ou DG CVn, situé à quelque 60 années-lumière du Système solaire. L’une d’elles connut plusieurs éruptions dont la plus importante fut 10.000 fois plus puissante que l’éruption solaire la plus intense connue, enregistrée en novembre 2003. Sa luminosité dans le rayonnement X dépassait celle des deux astres dans toutes les longueurs d’onde. © Nasa, Goddard Space Flight Center, S. Wiessinger

Des sautes d'humeur, le Soleil en connaît beaucoup. Plus ou moins intenses. Cela dépend de la période de son cycle d'activité lequel dure 11 ans en moyenne. Les taches sombres, régions actives, à l'origine des éruptions solaires sont en effet plus nombreuses lorsqu'il atteint un pic provoqué par l'inversion de son champ magnétique. L'actuel cycle 24 est cependant en deçà du précédent (le cycle 23 a culminé entre 2001 et 2003), si bien que des physiciens solaires estiment que notre étoile est en train de vivre un « mini maximum ». Certes, le terme mini suggère une activité en baisse, mais n'exclut pas que des supertempêtes solaires puissent se manifester comme cela fut le cas le 23 juillet 2012 (sans heurter notre magnétosphère).

Les éruptions solaires sont créées par les torsions d'un champ magnétique intense qui, dans les régions actives, accumulent de l'énergie et la libèrent soudainement après une reconnexion magnétique. Elles sont classées en trois catégories (ou classes) selon l'intensité de leur rayonnement X : A, B et C pour les plus faibles, M pour les modérées et X pour les plus puissantes. Elles émettent dans toutes les longueurs d'onde. La plus puissante du cycle 24 s'est produite le 9 aout 2011 et fut classée X6.9. Mais celle qui bat tous les records d'énergie déployée depuis que nous sommes en mesure d'observer la surface de notre étoile date du 4 novembre 2003. Elle fut alors classée X28 puis revue à X45.

Présentation (en anglais) de l’événement surpris par le satellite Swift à la surface de l’une des naines rouges du système DG CVn. © Nasa, Goddard Space Flight Center, S. Wiessinger

Série de super éruptions stellaires à 60 années-lumière

Même si ces colères sont impressionnantes, elles paraissent assez ridicules en comparaison de ce que des astronomes ont surpris le 23 avril 2014 en provenance d'un couple de naines rouges nommé DG Canum Venaticorum (abrégé en DG CVn). Bien qu'un tiers moins grande et massive qu'une naine jaune comme le Soleil, l'une de ces deux étoiles situées à environ 60 années-lumière du Système solaire fut le théâtre d'une éruption 10.000 fois plus puissante que celle de novembre 2003 (dans le cas du Soleil). Les deux astres n'étant séparés que de trois unités astronomiques (trois fois la distance Terre-Soleil), il est difficile depuis l'orbite terrestre de déterminer lequel des deux en est à l'origine. C'est l'instrument BAT (Burst Alert Telescope) du satellite Swift dédié à la détection des rayonnements les plus violents dans l'Univers (X et gamma) qui donna l'alerte. Quelques instants plus tard, plusieurs observatoires étaient informés et le télescope spatial entamait une campagne d'observations plus approfondies.

 « Trois minutes environ après le BAT, le rayonnement X de cette super éruption était supérieur à la luminosité combinée des deux étoiles dans toutes les longueurs d'onde dans des conditions normales » se souvient Adam Kowalski du GSFC (Goddard Space Flight Center) qui a étudié le phénomène, ajoutant que « les éruptions de cette ampleur sont extrêmement rares pour les naines rouges ». D'ailleurs, « le système (...) n'était pas sur notre liste de surveillance d'étoiles susceptibles de produire de grandes éruptions, confesse Rachel Osten (Space Telescope Science Institute à Baltimore). Nous n'avions aucune idée de que DG CVn avait en elle ». En effet, le rayonnement fut multiplié par 10 dans le visible et par 100 dans l'ultraviolet comme l'ont signalé les instruments. Les mesures indiquent qu'au plus fort de l'événement, la température était d'environ 200 millions de degrés Celsius, soit plus de 12 fois celle qui règne au centre du Soleil !

Auparavant, beaucoup pensaient, comme Stephen Drake, astrophysicien au GSFC qui présenta en août dernier, les résultats de cette étude aux rencontres de la division des hautes énergies de la société astronomique américaine (American Astronomical Society), que « les éruptions majeures à la surface des naines rouges ne peuvent pas dépasser un jour ». Mais Swift a montré qu'il s'en produisit au moins sept en l'espace de deux semaines ! « Ce fut un événement très complexe. » Près de trois heures après la première éruption, une seconde s'est manifestée avec une intensité presque aussi élevée. Les onze jours suivants, le satellite en a observé encore beaucoup d'autres, mais de plus en plus faibles. Les chercheurs ont relevé que tout était revenu à la normale au bout de 20 jours. Rachel Osten compare le phénomène aux répliques qui suivent un séisme d'une magnitude importante.

Jeunesse turbulente

Pour les chercheurs, ces brusques exhalaisons d'énergie de la part d'une si petite étoile sont imputables à sa jeunesse. Ou plutôt sa tendre enfance, car DG CVn n'a que 30 millions d'années, soit 0,7 % seulement de l'âge de notre Soleil. Ces astres en bas âge sont environ un millier dans un rayon de 100 années-lumière. À peine sorties du berceau, les deux naines rouges tournent encore sur elles-mêmes très rapidement, en un jour seulement (c'est en moyenne 30 fois plus vite que le Soleil). Aussi l'effet dynamo créé par la rotation différentielle, laquelle génère le champ magnétique, est-il amplifié. La situation renvoie à celle qu'a pu connaître à ses débuts notre étoile. Il est important de garder un œil sur ces astres, car ils témoignent de la jeunesse stellaire et des interactions avec leur environnement proche.

Très nombreuses dans toute la Voie lactée et probablement entourées, pour la plupart, de planètes gazeuses et rocheuses, les naines rouges sont cependant souvent disqualifiées par des astronomes et exobiologistes qui recherchent des exoplanètes potentiellement habitables. En cause, outre la violence de certaines éruptions dans leur jeunesse, l'érosion des champs magnétiques et des atmosphères de ces mondes par les vents stellaires.

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