Estimation âge stellaire a toujours été un défi pour les astronomes. Maintenant, une certaine classe d’exoplanètes rend le processus encore plus compliqué. Selon une nouvelle étude. Ces énormes planètes infligent des interférences à la fois magnétiques et marémotrices à leur étoile hôte, accélérant la rotation de l’étoile et les faisant émettre des rayons X plus énergiquement, deux caractéristiques de la jeunesse stellaire. Le résultat remet en question certaines de nos croyances antérieures sur l’âge stellaire et offre un aperçu de l’interconnectivité continue entre une étoile et ses planètes longtemps après leur formation.
Déterminer l’âge d’une étoile est assez difficile en soi sans tenir compte des interférences planétaires. Nous sommes assez confiants quant à l’âge de notre propre Soleil, étant suffisamment proche pour échantillonner les restes géologiques de la formation du système solaire, mais pour les autres étoiles, nos meilleures estimations sont des estimations plutôt que des dates exactes. Nous savons que certains types d’étoiles traversent des phases à différents stades de leur vie en fonction de leur masse (c’est ainsi que nous savons Bételgeuse deviendra supernova dans les 100 000 prochaines années, plus ou moins). Si vous avez tout un amas d’étoiles de différents types, vous pouvez tracer leurs étapes de vie individuelles sur un diagramme Hertzspring-Russell en utilisant leur couleur et leur luminosité, et estimer collectivement l’âge de toutes les étoiles de l’amas. La méthode n’est pas tout à fait exacte, mais c’est mieux que rien.
Les choses se compliquent si vous voulez connaître l’âge d’une star en particulier. Nous savons que les jeunes étoiles tournent rapidement et ralentissent en vieillissant. C’est un outil utile pour sortir avec de jeunes étoiles, mais moins utile pour les plus âgées, qui maintiennent parfois une vitesse de rotation statique pour le reste de leur vie. Les jeunes étoiles sont également plus sujettes aux fusées éclairantes et aux émissions de rayons X que leurs pairs plus âgés. Aucune des deux mesures n’offre une méthode de datation parfaite, mais peut fournir une estimation réalisable.
Il semble maintenant que les exoplanètes pourraient jeter une autre clé dans les travaux.
Lorsque les Jupiter chauds ont été découverts (le premier a été vu en 1995), les astronomes ont remarqué que dans certains cas, les étoiles autour desquelles ils orbitent semblaient plus jeunes que prévu. Mais parce que nos méthodes de datation stellaire sont si imprécises, il était difficile de dire s’il s’agissait d’un véritable effet de vieillissement causé par les planètes, ou si les étoiles en question étaient juste jeunes au départ.
Dans un papier récemment acceptée par les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society, une équipe de l’Institut Leibniz d’Astrophysique de Potsdam (AIP) a trouvé un moyen de résoudre ce problème. La solution consistait à étudier les systèmes d’étoiles binaires, où une étoile de la paire a un Jupiter chaud et l’autre pas. Les étoiles binaires ont généralement le même âge les unes que les autres, elles peuvent donc être comparées pour déterminer si l’effet de vieillissement est réel.
«C’est presque comme utiliser des jumeaux dans une étude où un jumeau vit dans un quartier complètement différent qui affecte sa santé. En comparant une étoile avec une planète proche à sa jumelle sans planète, nous pouvons étudier les différences de comportement des étoiles du même âge », explique Katja Poppenhäger, responsable de la section Physique stellaire et exoplanètes à l’AIP.
L’étude, dirigée par la candidate au doctorat Nikoleta Ilic, a utilisé les données de l’observatoire à rayons X Chandra et de l’observatoire XMM-Newton de l’ESA pour examiner 16 systèmes stellaires binaires dans lesquels l’une des étoiles avait un Jupiter chaud. Les résultats confirment qu’en effet, les étoiles hébergeant des planètes proches massives semblent plus jeunes que leurs jumelles non accompagnées.
La clé de cette interaction de vieillissement est que la période orbitale de Jupiter chaud doit être plus rapide que la période de rotation de l’étoile. Dans ces cas, la planète transfère un certain moment cinétique à l’étoile via les forces de marée, provoquant une accélération de la planète et un démarrage d’un niveau accru d’émissions de rayons X.
Les auteurs ont également examiné si l’augmentation des émissions de rayons X était causée par des champs magnétiques plutôt que par des forces de marée – après tout, des planètes comme Jupiter ont tendance à avoir de puissants champs magnétiques. Mais le fait que les étoiles aient également tourné plus rapidement en plus de l’augmentation de l’activité des rayons X indique une source gravitationnelle, c’est-à-dire marémotrice, pour le processus de vieillissement, et non magnétique.
Les résultats de l’étude indiquent que le vieillissement stellaire est plus complexe que nous ne le pensions auparavant, et que les planètes – en particulier celles massives et rapides – peuvent façonner les cycles de vie mêmes de leur étoile hôte.
Mais qu’en est-il des planètes semblables à la Terre ? Est-ce qu’ils vieillissent aussi leurs soleils? La réponse semble être non. En fait, dans l’étude, les étoiles avec de petites planètes éloignées semblaient en fait plus sombres et plus calmes (et donc peut-être plus âgées) que leur jumelle. Mais lorsqu’on l’examine de plus près, on a déterminé qu’il s’agissait d’un coup de chance, expliqué par le fait que ces étoiles se trouvaient être des étoiles de type F/G, qui avaient atteint un stade différent et plus calme de leur cycle de vie que leur jumeau de type M, qui prend plus de temps pour atteindre un stade relativement calme. Pour faire court, les petites planètes n’ont pas beaucoup d’effet sur l’âge de leur étoile. Seuls les grands le font et même alors, seulement lorsqu’ils orbitent très près. La morale de l’histoire est que si vous êtes une star et que vous voulez rester jeune, cela aide d’avoir la compagnie d’un Jupiter chaud. Rien de moins ne fera l’affaire.
Lire l’article ici : Nikoleta Ilic, Katja Poppenhaeger, S. Marzieh Hosseini. “Interaction marée étoile-planète et son impact observé sur l’activité stellaire dans les systèmes binaires étendus hébergeant des planètes.” Prétirage ArXiv.
Communiqué de presse: “Chandra de la NASA : les planètes peuvent être une formule anti-âge pour les étoiles.”
Image en vedette : Illustration d’un artiste montrant un Jupiter chaud (en bas à droite) en orbite étroite autour de son étoile hôte (à gauche), avec une autre étoile au loin (en haut à droite). Les deux étoiles sont elles-mêmes en orbite l’une avec l’autre. Crédit : NASA/CXC/M. Weiss. Radiographie : NASA/CXC/Potsdam Univ./N. Ilic et al.
