Des astronomes découvrent des anomalies dans la rotation de l’étoile V889 Herculis

Le Soleil tourne le plus vite à l’équateur, alors que la vitesse de rotation ralentit aux latitudes plus élevées et est la plus lente dans les régions polaires. Mais une étoile proche semblable au Soleil – V889 Herculis, à quelque 115 années-lumière de la Terre dans la constellation d’Hercule – tourne le plus vite à une latitude d’environ 40 degrés, tandis que l’équateur et les régions polaires tournent plus lentement. Cette découverte a été publiée dans Astronomie et astrophysique.

Un profil de rotation similaire n’a été observé pour aucune autre étoile. Le résultat est stupéfiant car la rotation stellaire est considérée comme un paramètre physique fondamental bien compris, mais un tel profil de rotation n’a pas été prédit, même dans les simulations informatiques.

« Nous avons appliqué une nouvelle technique statistique aux données d’une étoile connue, étudiée depuis des années à l’Université d’Helsinki. Nous ne nous attendions pas à observer de telles anomalies dans la rotation stellaire. Les anomalies dans le profil de rotation de V889 Herculis indiquent que notre compréhension de la dynamique stellaire et des dynamos magnétiques est insuffisante », explique le chercheur Mikko Tuomi, qui a coordonné la recherche.

Dynamique d’une boule de plasma

L’étoile cible V889 Herculis ressemble beaucoup à un jeune soleil, et raconte l’histoire et l’évolution de notre soleil. Tuomi souligne qu’il est essentiel de comprendre l’astrophysique stellaire afin, par exemple, de prédire les phénomènes induits par l’activité à la surface solaire, tels que les taches et les éruptions.

Les étoiles sont des structures sphériques dans lesquelles la matière est à l’état de plasma, constituée de particules chargées. Ce sont des objets dynamiques qui sont en équilibre entre la pression générée par les réactions nucléaires dans leur noyau et leur propre gravité. Elles n’ont pas de surface solide, contrairement à de nombreuses planètes.

La rotation stellaire n’est pas constante sous toutes les latitudes, un phénomène connu sous le nom de rotation différentielle. Elle est due au fait que le plasma chaud monte à la surface de l’étoile via un phénomène appelé convection, qui à son tour a un effet sur la vitesse de rotation locale. En effet, le moment angulaire doit être conservé et la convection se produit perpendiculairement à l’axe de rotation près de l’équateur alors qu’elle est parallèle à l’axe près des pôles.

Cependant, de nombreux facteurs tels que la masse stellaire, l’âge, la composition chimique, la période de rotation et le champ magnétique ont des effets sur la rotation et donnent lieu à des variations dans les profils de rotation différentiels.

Une méthode statistique pour déterminer le profil de rotation

Thomas Hackman, professeur d’astronomie qui a participé à la recherche, explique que le Soleil est la seule étoile dont l’étude du profil de rotation a été possible. « La rotation différentielle des étoiles est un facteur crucial qui a un effet sur l’activité magnétique des étoiles. La méthode que nous avons développée ouvre une nouvelle fenêtre sur le fonctionnement interne d’autres étoiles. »

Les astronomes du département de physique des particules et d’astrophysique de l’université d’Helsinki ont déterminé le profil de rotation de deux jeunes étoiles proches en appliquant une nouvelle modélisation statistique aux observations de luminosité à longue distance. Ils ont modélisé les variations périodiques des observations en tenant compte des différences de mouvement apparent des taches à différentes latitudes. Le mouvement des taches a ensuite permis d’estimer le profil de rotation des étoiles.

La deuxième étoile cible, LQ Hydrae dans la constellation de l’Hydre, s’est avérée tourner à peu près comme un corps rigide : la rotation semblait inchangée de l’équateur aux pôles, ce qui indique que les différences sont très faibles.

Observations de l’observatoire Fairborn

Les chercheurs se basent sur les observations des étoiles cibles de l’observatoire Fairborn. La luminosité des étoiles est surveillée depuis près de 30 ans à l’aide de télescopes robotisés, ce qui permet d’avoir un aperçu du comportement des étoiles sur une longue période.

Tuomi apprécie le travail de l’astronome principal Gregory Henry, de l’Université du Tennessee, aux États-Unis, qui dirige la campagne d’observation de Fairborn.

« Depuis de nombreuses années, le projet de Greg s’avère extrêmement précieux pour comprendre le comportement des étoiles proches. Que l’objectif soit d’étudier la rotation et les propriétés des jeunes étoiles actives ou de comprendre la nature des étoiles avec des planètes, les observations de l’observatoire Fairborn ont été absolument cruciales.

« Il est étonnant que même à l’ère des grands observatoires spatiaux, nous puissions obtenir des informations fondamentales sur l’astrophysique stellaire avec de petits télescopes terrestres de 40 cm. »

Les étoiles cibles V889 Herculis et LQ Hydrae sont toutes deux des étoiles d’environ 50 millions d’années qui ressemblent à bien des égards au jeune Soleil. Elles tournent toutes deux très rapidement, avec des périodes de rotation d’environ un jour et demi seulement. Pour cette raison, les observations de luminosité à longue base contiennent de nombreux cycles de rotation. Ces étoiles ont été choisies comme cibles parce qu’elles sont observées depuis des décennies et qu’elles ont toutes deux été étudiées activement à l’Université d’Helsinki.