Les astérosismologues étudient les « tremblements d'étoiles » car ceux-ci leur donnent accès à la mesure précise de paramètres stellaires fondamentaux (masse, rayon, âge) et leur offrent un aperçu de la structure interne et de la composition de l'astre, de même que les séismes sur Terre peuvent renseigner les géophysiciens sur l'intérieur de notre planète.
Pour mieux comprendre la physique stellaire et la formation des exoplanètes, les astrophysiciens engrangent des données issues de l'astérosismologie pour un large panel d'étoiles, jusqu'aux étoiles naines jaunes (analogues au Soleil). Les étoiles de plus petite taille, les naines oranges, dont les masses s'échelonnent entre 0,5 et 0,8 masse solaire et les températures de surface entre 3 900 K et 5 200 K, échappaient pour l'instant à ces analyses.
Avec l'institut d'Astrophysique et des sciences de l'espace IA (Portugal), des chercheurs de l'Irfu et leurs partenaires ont voulu repousser cette limite. Ils ont choisi pour cela la naine orange Epsilon Indi située à 11,9 années-lumière, dont le rayon atteint 71 % de celui du Soleil et la température de surface 4 200 K, qu'ils ont observée à l'aide du spectrographe ESPRESSO monté sur le Very Large Telescope de l'observatoire austral européen ESO (Chili). A partir de la même technique utilisée par l'instrument GOLF du satellite SoHO de l'Esa et de la Nasa, celle de photométrie ou vitesse radiale, ils ont mesuré ses oscillations de surface.
Mesurer la vitesse d'un paresseux à 12 années-lumière !
Ils sont parvenus à détecter les oscillations d'Epsilon Indi bien que leur amplitude ne dépasse pas 2,6 centimètres par seconde, soit 14 % des oscillations solaires. Un exploit si l'on pense à la vitesse de déplacement du paresseux, le mammifère le plus lent du monde (7,5 cm/s) !
Comparaison des oscillations des ondes sismiques
d’Epsilon Indi et du Soleil qui se propagent au sein de leur étoile à des
couches plus ou moins profondes en fonction de leurs fréquences
L'astérosismologie de précision est désormais applicable aux naines froides avec des températures de surface inférieures de 1 500 K à celle du Soleil (5 770 K). Elle pourrait aider les scientifiques à résoudre un désaccord de longue date entre la théorie et les observations concernant la relation entre la masse et le diamètre des étoiles naines froides. De plus, ces nouvelles données pourront enrichir la physique complexe des couches superficielles des naines oranges.
Naines oranges et exoplanètes
Par ailleurs, les étoiles naines oranges et leurs planètes bénéficiant de durées de vie très longues, elles sont devenues des cibles privilégiées dans la recherche de mondes habitables et de vie extraterrestre. L'astérosismologie pourra donc contribuer à la caractérisation détaillée de ces étoiles et de leurs planètes. En particulier, la détermination précise des âges des naines froides proches peut être cruciale pour interpréter des « biosignatures » provenant d'exoplanètes dont il est possible de capter une image directe.
Enfin, ces séismes stellaires pourront également être utilisés pour aider à planifier les observations du futur télescope spatial européen PLATO de l'ESA qui devrait être lancé en 2026, une mission dans laquelle l'Irfu est fortement impliqué.