La gyrochronologie, une technique permettant d'estimer l'âge des étoiles en fonction de leur rotation, s'est étendue des étoiles en amas aux étoiles situées dans des endroits éloignés, révélant des modèles de vieillissement cohérents et élargissant la gamme de déterminations de l'âge des étoiles.
Des scientifiques de l'Institut Leibniz d'Astrophysique de Potsdam (AIP) et de l'Université de Boston ont réussi à établir un lien entre les taux de rotation des étoiles au sein d'un amas et des étoiles en dehors de l'amas (c'est-à-dire les étoiles de champ), leur permettant de déduire l'âge de ces dernières. Les résultats montrent que la méthode gyrochronologique peut être appliquée non seulement aux étoiles en amas, mais également aux étoiles de champ, permettant de déterminer l'âge de beaucoup plus d'étoiles.
Quel âge a une étoile ? C’est une question difficile, à laquelle il est plus facile de répondre pour les étoiles qui vivent dans des amas d’étoiles. En effet, toutes les étoiles de l’amas – quelle que soit leur taille – ont la même origine et donc le même âge. En étudiant les propriétés collectives des étoiles d’un amas et leur stade actuel d’évolution, il est possible d’obtenir une bonne estimation de leur âge.
Les chercheurs explorent actuellement le nouveau domaine de la gyrochronologie, qui permet de déterminer l'âge d'étoiles individuelles. Il établit une relation entre la rotation d'une étoile, sa couleur et son âge.
La période de rotation d'une étoile autour de son axe peut être déterminée en observant sa luminosité : de nombreuses étoiles ont des taches sombres à leur surface, comme les taches solaires du soleil. À mesure que l'étoile tourne, la tache stellaire se déplace dans le champ de vision de l'observateur et la luminosité de l'étoile diminue légèrement.
En mesurant ces petites taches dans l'intensité lumineuse de l'étoile, et lorsqu'elles se produisent de manière répétée, par exemple à l'aide des données du satellite Kepler, il est possible de mesurer la période de rotation de l'étoile.
Evolution rotationnelle dans les amas d'étoiles
Des études sur des étoiles naines de faible masse dans des amas d'étoiles montrent que les étoiles tournent de plus en plus lentement à mesure qu'elles vieillissent. La comparaison des périodes de rotation des étoiles de l'amas avec leurs couleurs sur la carte des étoiles révèle un modèle unique : les courbes de formation des étoiles dans l'amas définissent collectivement un squelette d'évolution rotationnelle, chaque nervure du squelette correspondant à un amas d'un âge spécifique, les amas plus anciens définissant à leur tour des nervures supérieures. Chaque côte est une courbe d'âge égal. En traçant les étoiles de l'amas sur le diagramme, vous pouvez utiliser ces lignes pour déduire son âge. Cependant, comme cette méthode a été développée sur la base des amas d’étoiles, il n’était pas clair jusqu’à présent si cette méthode de datation fonctionnerait également pour les étoiles situées en dehors des amas d’étoiles, qui constituent la grande majorité des étoiles de notre galaxie.
Appliquer des méthodes de calcul aux étoiles extraamas
C’est là qu’interviennent des recherches récentes. Les auteurs ont utilisé un échantillon de plus de 300 étoiles binaires larges. Il s’agit d’un système de deux étoiles en orbite suffisamment éloignées l’une de l’autre pour qu’elles n’interagissent pas et n’interfèrent donc pas avec leur évolution rotationnelle normale. Les étoiles binaires larges sont des étoiles de champ, mais leur origine commune permet une hypothèse également utilisée pour les étoiles en amas : elles ont le même âge. Cela signifie que si l’évolution des étoiles de champ est en réalité la même que celle des étoiles en amas, alors si les deux étoiles du binaire large étaient placées sur le squelette de l’amas, elles sembleraient cohérentes. En d’autres termes, si une étoile dans une large binaire se trouve sur une nervure en rotation d’un amas d’étoiles, l’autre étoile est-elle également sur la même nervure en rotation ? Les auteurs de l’étude ont constaté que c’était effectivement le cas.
En fait, les auteurs ont découvert qu’ils pouvaient diviser les binaires étudiés en une série de sous-groupes, chacun associé à un groupe d’âges correspondants. "Lorsque nous avons commencé à comparer tous les grands systèmes d'étoiles binaires au squelette de l'amas, nous avons été surpris de constater à quel point ils étaient bien coordonnés", a déclaré David Gruner, premier auteur de l'étude et doctorant au sein du groupe d'activité stellaire de l'AIP. "Même les systèmes stellaires avec des masses très différentes ont montré une cohérence remarquable dans leurs positions dans le diagramme, au point qu'ils étaient pratiquement impossibles à distinguer de l'amas."
On peut donc supposer que les quelques étoiles situées au-dessus de l’ensemble des nervures d’amas sont plus anciennes que les amas mesurés jusqu’à présent. De plus, les auteurs montrent que dans la grande majorité des systèmes étudiés, l’âge de rotation d’une composante correspond à celui de l’autre composante. Étant donné que le large échantillon binaire est très diversifié à la fois en termes de distribution dans le ciel et d’autres propriétés stellaires telles que la métallicité, ce résultat signifie que la gyrochronologie est susceptible d’être fiable pour les étoiles extra-amas.
Implications pour les recherches futures
Le Dr Sydney Barnes, responsable du groupe d'activité stellaire de l'AIP, a ajouté : « Ce travail garantit dans une certaine mesure que des âges fiables d'un plus grand nombre d'étoiles de champ pourront être obtenus à partir des taux de rotation dans le futur. Ce résultat est d'une grande importance pour la mission satellite PLATO, qui vise non seulement à découvrir un grand nombre d'étoiles hébergeant des planètes, mais également à fournir leurs âges, permettant ainsi aux gens d'avoir un aperçu de l'histoire évolutive des exoplanètes pour la première fois.
Source compilée : ScitechDaily