Dans 5 milliards d'années environ, quand le soleil a épuisé l'hydrogène dans son noyau, il se gonflera et se transformera en une étoile géante rouge. Cette phase de sa vie - et celle d'autres étoiles jusqu'à deux fois sa masse - est relativement courte par rapport à la vie de plus de 10 milliards d'années du soleil. La géante rouge brillera 1000 fois plus que le soleil, et tout à coup, l'hélium au plus profond de son noyau commencera à fusionner en carbone dans un processus appelé « flash du noyau d'hélium ». Après ça, l'étoile s'installe dans 100 millions d'années de fusion silencieuse d'hélium.

Les astrophysiciens ont prédit ces éclairs en théorie et dans des modèles depuis 50 ans, mais aucun n'a jamais été observé. Cependant, une nouvelle étude en Astronomie de la nature suggère que cela pourrait bientôt changer.

"Les effets du flash de cœur d'hélium sont clairement prédits par les modèles, mais nous n'avons trouvé aucune observation qui les reflète directement, " a déclaré le coauteur Jørgen Christensen-Dalsgaard, Simons Distinguished Visiting Scholar à l'Institut Kavli de physique théorique de l'UC Santa Barbara (KITP) et professeur à l'Université d'Aarhus au Danemark.

Une étoile comme le soleil est alimentée en fusionnant de l'hydrogène en hélium à des températures d'environ 15 millions de K. L'hélium, cependant, nécessite une température beaucoup plus élevée que l'hydrogène, environ 100 millions de K, pour commencer à fusionner en carbone, il s'accumule donc simplement dans le noyau tandis qu'une coquille d'hydrogène continue de brûler autour de lui. Tout en, l'étoile s'étend jusqu'à une taille comparable à l'orbite de la Terre. Finalement, le noyau de l'étoile atteint les conditions parfaites, déclenchant un violent allumage de l'hélium :le flash du cœur d'hélium. Le noyau subit plusieurs éclairs au cours des 2 millions d'années suivantes, puis s'installe dans un état plus statique où il brûle tout l'hélium du noyau en carbone et en oxygène sur une période d'environ 100 millions d'années.

Le flash de noyau d'hélium joue un rôle essentiel dans notre compréhension des cycles de vie des étoiles de faible masse. Malheureusement, la collecte de données à partir des noyaux d'étoiles lointaines est incroyablement difficile, les scientifiques ont donc été incapables d'observer ce phénomène.

La puissance des observatoires spatiaux modernes comme Kepler, CoRoT et maintenant le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA promettent de changer cela. "La disponibilité de mesures très sensibles depuis l'espace a permis d'observer de subtiles oscillations de la luminosité d'un très grand nombre d'étoiles, " a expliqué Christensen-Dalsgaard.

Le flash du noyau d'hélium produit une série d'ondes différentes qui se propagent à travers l'étoile. Cela fait vibrer l'étoile comme une cloche, qui se manifeste par une faible variation de sa luminosité globale. Les observations des pulsations stellaires ont déjà appris aux astronomes les processus à l'intérieur des étoiles de la même manière que les géologues apprennent l'intérieur de la Terre en étudiant les tremblements de terre. Cette technique, connu sous le nom d'astérosismologie, est devenu un domaine florissant de l'astrophysique.

Le flash principal se produit assez soudainement, et comme un tremblement de terre, commence par un événement très énergétique suivi d'une série d'événements successivement plus faibles au cours des 2 millions d'années suivants, une période relativement courte dans la vie de la plupart des étoiles. Comme le montre un premier article de 2012 dirigé par le directeur du KITP Lars Bildsten et le chercheur principal du KITP Bill Paxton, les fréquences de pulsation de ces étoiles sont très sensibles aux conditions du noyau. Par conséquent, L'astérosismologie pourrait fournir aux scientifiques des informations qui testent notre compréhension de ces processus.

"Nous étions enthousiasmés à l'époque par le fait que ces nouvelles capacités spatiales pourraient nous permettre de confirmer cette pièce d'évolution stellaire longuement étudiée. Cependant, nous n'avons pas envisagé la possibilité encore plus excitante que ces auteurs ont explorée d'utiliser l'étoile à convection vigoureuse pour réellement faire sonner l'étoile, " a déclaré Bildsten.

L'objectif principal de la nouvelle étude était de déterminer si ces régions clignotantes pouvaient exciter des pulsations suffisamment grandes pour que nous puissions les voir. Et après des mois d'analyses et de simulations, les chercheurs ont découvert que beaucoup devraient être relativement faciles à observer.

« J'ai certainement été surpris que le mécanisme fonctionne si bien, " a déclaré Christensen-Dalsgaard.

L'angle nouveau et prometteur détaillé dans l'article est que les astronomes ont étudié les processus dans un type d'étoile très spécial - et jusqu'à présent pas très bien compris - désigné comme une étoile sous-naine B. Ce sont d'anciennes géantes rouges qui, pour des raisons inconnues, ont perdu la majeure partie de leur couche externe d'hydrogène. Les étoiles subnaines B offrent aux scientifiques une occasion unique de sonder plus directement le cœur chaud d'une étoile. Quoi de plus, la fine couche d'hydrogène restante n'est pas assez épaisse pour amortir les oscillations des flashs répétés du noyau d'hélium, donnant aux chercheurs une chance de les observer potentiellement directement.

Cette étude fournit les premières informations observationnelles sur les processus complexes prédits par les modèles stellaires à l'allumage de la fusion de l'hélium. "Ce travail a fortement tiré parti d'une série de calculs de dynamique des fluides dirigés par l'ancien boursier du KITP Daniel Lecoanet, " a noté Bildsten. " Si tout s'arrange, ces étoiles pourraient fournir un nouveau terrain d'essai pour cette énigme fondamentale en astrophysique."

Christensen-Dalsgaard a déclaré qu'il était impatient d'appliquer ces résultats à des données réelles. Et en fait, des éclairs de cœur d'hélium ont peut-être déjà été observés. Plusieurs des étoiles observées par CoRoT et Kepler présentent des oscillations inexpliquées qui semblent similaires aux prédictions d'éclairs de cœur d'hélium. TESS s'avérera crucial dans cette future recherche, il expliqua, puisqu'il observera toute une bande d'étoiles, dont plusieurs où ces pulsations peuvent être détectables. Cela fournira d'autres tests solides des modèles et un aperçu de ce que l'avenir réserve à notre propre soleil.