Cienciaes.com : Le battement de cœur du noyau stellaire. Nous avons parlé avec Antonio Claret.

Existe-t-il une entreprise plus audacieuse que de voyager au cœur d’une étoile ? Qui pourrait résister à des températures capables de dépouiller les atomes de leurs électrons, des pressions qui les réduiraient au volume d’un petit morceau de sucre et des forces de marée qui les transformeraient en un misérable spaghetti cosmique ? Malgré tous ces désagréments, il y a des gens qui le font tous les jours ! Ce sont des chercheurs qui, sans sortir de chez eux, parcourent des milliers, voire des millions d’années-lumière pour plonger, sans crainte, à l’intérieur d’étoiles bien plus grandes et massives que la nôtre. Ces globe-trotters imaginatifs se répartissent en deux catégories fondamentales. Notre invité, Antonio Claret, appartient à l’un d’entre eux, qui n’a besoin que de l’aide d’un crayon, d’un ordinateur et des équations complexes modélisées par les lois physiques qui régissent l’Univers et, par conséquent, l’intérieur des étoiles. D’autres, comme Guillermo Torres, le font d’une manière différente : observer et extraire jusqu’aux détails les plus intimes, l’information encodée dans la faible lumière qui nous parvient des étoiles.

Aujourd’hui, nous discutons à nouveau avec Antonio Claret, chercheur du AAI et collaborateur de CienciaEs, car, grâce à ses calculs et aux observations de Guillermo Torres del Centre Harvard-Smithsonian d’astrophysiqueà Cambridge, aux États-Unis, nous savons de manière plus fiable ce qui se passe au cœur des étoiles plus grandes et plus massives que le Soleil.

Les étoiles sont d’énormes fourneaux nucléaires où sont synthétisés différents noyaux atomiques à partir d’hydrogène et d’hélium. À mesure que les noyaux d’hydrogène (protons), qui constituent le principal combustible nucléaire, fusionnent pour former des noyaux d’hélium, la réserve initiale de combustible est consommée. La quantité de masse accumulée par les étoiles au cours de leur formation et la composition chimique des nouveaux éléments qu’elles créent déterminent considérablement le taux de consommation de leur carburant et, par conséquent, la vie future de l’étoile. Cela produit d’énormes différences : une étoile ayant une masse comme celle du Soleil peut avoir une vie de 10 milliards d’années, tandis qu’une étoile plus massive consomme du combustible nucléaire si rapidement qu’elle ne vit que quelques centaines de millions d’années. Une telle étoile vit intensément, gaspille son énergie, a une vie courte et se termine de manière spectaculaire, sous la forme d’une supernova.

Mais les choses ne sont pas aussi simples qu’on peut l’imaginer. Le cœur d’une étoile est un lieu où est produite une gigantesque quantité d’énergie qui, loin de s’accumuler, peine à s’évacuer. Dans les étoiles de masse inférieure, soit environ 1,3 fois la masse du Soleil, l’énergie est transmise vers l’extérieur par rayonnement. En revanche, dans les étoiles de plus grande masse, le four nucléaire acquiert une température plus élevée et des mouvements de la matière se produisent en raison de courants convectifs qui tendent à la mélanger. Ce noyau convectif possède une limite au-delà de laquelle les mouvements cessent et l’énergie est transmise par rayonnement. La taille de ce noyau et les phénomènes qui se produisent à sa frontière, où peut se produire un effet de débordement qui contribue à amener le mélange carburé au-delà de la limite, sont déterminants pour le calcul de la durée de vie d’une étoile.

Dans l’étude commentée aujourd’hui par Antonio Claret, les résultats des calculs théoriques ont été comparés à ce qui a été observé dans un échantillon de 29 étoiles binaires à éclipses dans lesquelles le calcul de la masse et des propriétés des étoiles est bien déterminé. Les résultats, obtenus à partir de différents scénarios, révèlent que le modèle théorique se comporte conformément aux observations et peut donc devenir un outil d’une importance vitale pour les recherches futures sur les populations stellaires, la formation des naines blanches, les étoiles à neutrons, les trous noirs et, en général, pour la connaissance de notre Univers.

Je vous invite à écouter Antonio Claret.

Les références:

Antonio Claret et Gullermo Torres. La dépendance du dépassement du noyau convectif sur la masse stellaire : une détermination semi-empirique utilisant l’approche diffusive avec un mélange de deux éléments différents. The Astrophysical Journal, 849:18 (12 pages), 1er novembre 2017.

A. Claret. Le dépassement du noyau convectif dépend-il de la masse stellaire ? Tests utilisant des binaires à éclipses à double ligne. Astronomie et astrophysique, Volume 475, pp. 1019C, 2007

A. Claret et G. Torres. La dépendance du dépassement du noyau convectif à la masse stellaire. Astronomie et Astrophysique, Volume 592A, p. 15C, 2016