La lumière stellaire et la poussière d’étoiles ne suffisent pas à propulser les vents puissants des étoiles géantes, qui transportent les briques de la vie à travers notre galaxie. Telle est la conclusion d’une nouvelle étude de l’université de technologie de Chalmers, en Suède, sur l’étoile géante rouge R Doradus. Ce résultat renverse une idée longuement ancrée sur la diffusion des atomes nécessaires à la vie.
« Nous pensions avoir une bonne idée du fonctionnement du processus. Il s’avère que nous avions tort. Pour nous scientifiques, c’est le résultat le plus excitant », déclare Theo Khouri, astronome à Chalmers et co-directeur de l’étude.
Pour comprendre les origines de la vie sur Terre, il est essentiel que les astronomes comprennent comment les étoiles géantes alimentent leurs vents. Pendant des décennies, les scientifiques ont cru que les vents des étoiles géantes rouges — qui ensemencent la galaxie avec le carbone, l’oxygène, l’azote et d’autres éléments essentiels à la vie — étaient propulsés lorsque la lumière stellaire pousse contre des grains de poussière nouvellement formés. Les nouvelles observations de R Doradus remettent en cause ce scénario.
Les étoiles géantes rouges sont les cousines plus âgées et plus froides du Soleil. En vieillissant, elles perdent d’énormes quantités de matière par leurs vents stellaires, enrichissant l’espace interstellaire avec les ingrédients bruts des futures planètes et de la vie. Malgré leur importance, le mécanisme physique qui anime ces vents est resté incertain.
Les astronomes étudiant l’étoile géante rouge voisine R Doradus ont découvert que les minuscules grains de poussière d’étoile qui l’entourent sont trop petits pour être poussés vers l’extérieur par la lumière stellaire avec suffisamment de force pour s’échapper dans l’espace interstellaire.
L’étude, dirigée par des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers, est publiée dans la revue scientifique Astronomy & Astrophysics.
« Grâce aux meilleurs télescopes du monde, nous pouvons maintenant réaliser des observations détaillées des étoiles géantes les plus proches. R Doradus est une de nos cibles préférées — elle est brillante, proche et typique du type le plus commun de géante rouge », explique Theo Khouri.
L’équipe a observé R Doradus avec l’instrument Sphere du Very Large Telescope de l’ESO, mesurant la lumière réfléchie par les grains de poussière dans une région de la taille de notre Système solaire. En analysant la lumière polarisée à différentes longueurs d’onde, les chercheurs ont déterminé la taille et la composition des grains, les trouvant compatibles avec des formes courantes de poussière d’étoile comme les silicates et l’alumine.
Les observations ont ensuite été combinées à des simulations informatiques avancées modélisant l’interaction entre la lumière stellaire et la poussière.
« Pour la première fois, nous avons pu réaliser des tests rigoureux pour déterminer si ces grains de poussière peuvent ressentir une poussée suffisamment forte de la lumière de l’étoile », indique Thiébaut Schirmer.
La poussée de la lumière stellaire n’est pas suffisante, a découvert l’équipe à sa surprise. Les grains entourant R Doradus mesurent typiquement seulement environ un dix-millième de millimètre — beaucoup trop petits pour que la lumière stellaire seule propulse le vent de l’étoile dans l’espace.
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« La poussière est définitivement présente, et elle est illuminée par l’étoile », affirme Thiébaut Schirmer. « Mais elle ne fournit tout simplement pas assez de force pour expliquer ce que nous observons. »
Ces résultats pointent vers d’autres processus, plus complexes, jouant un rôle majeur. L’équipe avait précédemment utilisé le télescope ALMA pour capturer des images d’énormes bulles montant et descendant à la surface de R Doradus.
« Même si l’explication la plus simple ne fonctionne pas, il existe des alternatives passionnantes à explorer », souligne Wouter Vlemmings, professeur à Chalmers et co-auteur de l’étude. « Les bulles convectives géantes, les pulsations stellaires ou des épisodes dramatiques de formation de poussière pourraient tous aider à expliquer comment ces vents sont lancés. »
Plus sur la recherche
L’étude, “An empirical view of the extended atmosphere and inner envelope of the asymptotic giant branch star R Doradus II. Constraining the dust properties with radiative transfer modelling”, est publiée dans Astronomy & Astrophysics.
La recherche a été menée dans le cadre du projet interdisciplinaire « The origin and fate of dust in our Universe » financé par la fondation Knut and Alice Wallenberg, en collaboration entre des chercheurs de l’université de technologie de Chalmers et de l’université de Göteborg.
L’équipe est composée de Thiébaut Schirmer, Theo Khouri, Wouter Vlemmings, Gunnar Nyman, Matthias Maercker, Ramlal Unnikrishnan, Behzad Bojnordi Arbab, Kirsten K. Knudsen et Susanne Aalto. Tous les co-auteurs sont basés à l’université de technologie de Chalmers, en Suède, à l’exception de Gunnar Nyman, à l’université de Göteborg, en Suède.
L’équipe a utilisé l’instrument Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) sur le Very Large Telescope (VLT), situé à l’observatoire de Paranal au Chili. Le VLT est géré par l’ESO, l’Observatoire européen austral. La Suède est l’un des 16 États membres de l’ESO.
Plus sur l’étoile
R Doradus est une étoile géante rouge située à seulement 180 années-lumière de la Terre, dans la constellation de l’hémisphère sud Dorado, l’Espadon. Née avec une masse similaire à celle du Soleil, elle arrive maintenant en fin de vie. C’est un exemple d’étoile AGB (branche asymptotique des géantes). Ces étoiles perdent leurs couches externes dans l’espace interstellaire sous forme de vents stellaires denses composés de gaz et de poussière. R Doradus perd l’équivalent d’un tiers de la masse de la Terre chaque décennie. D’autres étoiles similaires peuvent perdre de la masse des centaines ou des milliers de fois plus vite. Dans un futur lointain, dans plusieurs milliards d’années, le Soleil devrait devenir une étoile similaire à R Doradus.
Article : An empirical view of the extended atmosphere and inner envelope of the asymptotic giant branch star R Doradus – Journal : Astronomy and Astrophysics – Méthode : Observational study – Sujet : Not applicable – DOI : Lien vers l’étude
