La sismologie stellaire
Certaines étoiles sont sujettes à des variations périodiques et faibles de leur éclat ainsi que de la vitesse de déplacement de la matière stellaire à leur surface. Ces variations que l’on mesure à la surface des étoiles résultent de la propagation d’ondes oscillantes qui s’établissent naturellement dans la cavité résonnante que constitue l’étoile. Les conditions de réflexion de l’oscillation à la surface et de réfraction au centre contraignent les périodes des vibrations à des valeurs discrètes. On parle dès lors de modes propres d’oscillation que l’on peut rapprocher des modes propres d’un instrument de musique. Ces valeurs discrètes des périodes d’oscillations résultent des propriétés du milieu traversé. L’analyse des fréquences de ces oscillations permet donc de déterminer la structure de l’étoile. La sismologie stellaire (ou astérosismologie) consiste à étudier les propriétés de ces oscillations et constitue donc un formidable outil de sondage des intérieurs stellaires.
L’excitation des vibrations
Si les théories en astérosismologie permettent de prédire avec une grande précision les fréquences des oscillations stellaires, il n’en est pas de même pour leur amplitude. L’amplitude d’un mode résulte d’un équilibre entre excitation et amortissement, et la physique de ces processus demeure encore mal connue. Du fait de sa proximité, il a été possible de détecter et de mesurer sur le Soleil un très grand nombre de modes d’oscillations (plus d’1 million), caractérisés par des amplitudes extrêmement faibles (de l’ordre de 10-6 en fluctuation relative de luminosité). Depuis plus d’une trentaine d’années, on pense que les oscillations solaires sont excitées par les mouvements turbulents dans la zone convective du Soleil. Ces valeurs discrètes des périodes d’oscillations résultent des propriétés du milieu traversé. L’analyse des fréquences de ces oscillations permet donc de déterminer la structure de l’étoile. La sismologie stellaire (ou astérosismologie) consiste à étudier les propriétés de ces oscillations et constitue donc un formidable outil de sondage des intérieurs stellaires.
La convection dans les étoiles
En effet, les étoiles de masses inférieures à 2 masses solaires sont dotées d’une zone convective supérieure, dans laquelle le transport de l’énergie rayonnée par l’étoile s’effectue principalement par convection. Ce milieu extrêment chaud et instable est le siège de mouvements incohérents d’un grand nombre d’éléments de matière. Ces éléments que l’on appelle tourbillons conférent à la zone convective un caractère fortement turbulent (Figure 2). Ces tourbillons forcent les modes propres d’oscillations et rendent le processus d’excitation très aléatoire : on parle d’ "excitation stochastique". On peut , de manière imagée, comparer l’excitation stochastique à l’action qui consiste à frapper un tambour à l’aide de baguettes (Figure 3). Dans cette analogie les baguettes jouent le rôle des tourbillons tandis que la peau du tambour s’identifie au milieu stellaire.
Et demain ?
La mission COROT dont le lancement est prévu en 2004, s’intéressera particulièrement à ces types d’étoiles. Pour cela, des objets de masse inférieure à 2 masses solaires (étoiles de type F et G) ont été choisis.
On peut , de manière imagée, comparer l’excitation stochastique à l’action qui consiste à frapper un tambour à l’aide de baguettes (Figure 3). Dans cette analogie les baguettes jouent le rôle des tourbillons tandis que la peau du tambour s’identifie au milieu stellaire.
Références
- Samadi R. & Goupil M.-J.,
Excitation of stellar p-modes by turbulent convection. I. Theoretical formulation, Astronomy & Astrophysics, 2001, astro-ph/0101109. Samadi R., Goupil M.-J., Lebreton Y.,Excitation of stellar p-modes by turbulent convection. II. The Sun, Astronomy & Astrophysics, 2001, astro-ph/0101111. Samadi R., Goupil M.-J., Lebreton Y., Baglin A.,Oscillation power as a test of stellar turbulence : scanning the HR diagram, proceedings of the SOHO-10/GONG-2000 workshop, octobre 2000, astro-ph/0101129.
Contact
- Réza Samadi
Département DESPA, Observatoire de Paris