Les taches stellaires sont plus fréquentes parmi les étoiles géantes rouges qu'on ne le pensait auparavant. Dans la revue Astronomie &Astrophysique , des chercheurs dirigés par l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire (MPS) en Allemagne rapportent qu'environ huit pour cent des géantes rouges présentent de telles taches. Ils sont l'expression de champs magnétiques puissants à la surface stellaire. Ces champs magnétiques sont créés profondément à l'intérieur de l'étoile dans un processus qui nécessite, entre autres, convection et une rotation rapide de l'étoile. Bien que les géantes rouges soient généralement considérées comme des étoiles à rotation lente, ceux avec des taches stellaires sont apparemment une exception. La nouvelle publication propose une analyse complète des raisons de leurs courtes périodes de rotation allant de la synchronisation forcée avec l'autre, étoile très voisine, à la déglutition d'une étoile ou d'une planète, à une vitesse de rotation initiale rapide dans une phase précoce de développement.

Parmi les caractéristiques les plus frappantes du Soleil sont ses taches solaires, des zones relativement plus sombres par rapport au reste de la surface, dont certains sont visibles depuis la Terre même sans grossissement. De nombreuses autres étoiles, qui comme le Soleil sont dans la fleur de l'âge, sont également recouverts de taches. Dans les géantes rouges, d'autre part, qui sont à un stade avancé d'évolution stellaire, ces taches étaient auparavant considérées comme rares. La raison de cette différence se trouve au plus profond de l'intérieur des étoiles. Dans un processus dynamo, l'interaction des courants de plasma électriquement conducteurs et de la rotation génère le champ magnétique d'une étoile qui est ensuite lavé à sa surface. À certains endroits, des champs magnétiques particulièrement puissants empêchent le plasma chaud de s'écouler vers le haut. Ces régions apparaissent sombres et constituent des taches stellaires.

"La rotation et la convection sont deux ingrédients cruciaux pour la formation de champs magnétiques de surface et de taches stellaires, " explique le Dr Federico Spada de MPS, co-auteur de la nouvelle étude. "Les étoiles avec des couches convectives externes ont le potentiel de générer des champs magnétiques de surface via l'action de la dynamo, mais ce n'est que lorsque l'étoile tourne assez vite que l'activité magnétique devient détectable, " ajoute-t-il. Jusqu'à présent, les chercheurs avaient supposé que presque toutes les géantes rouges tournaient plutôt lentement autour de leur propre axe. Après tout, les étoiles se développent considérablement lorsqu'elles se transforment en géantes rouges vers la fin de leur vie. En conséquence, leur rotation ralentit, comme un patineur artistique faisant une pirouette les bras tendus. La nouvelle étude menée par des scientifiques de MPS et de l'Université d'État du Nouveau-Mexique (États-Unis) brosse désormais un tableau différent. Environ huit pour cent des géantes rouges observées tournent assez rapidement pour que des taches stellaires se forment.

L'équipe de recherche a parcouru les données de mesure d'environ 4 500 géantes rouges enregistrées par le télescope spatial Kepler de la NASA de 2009 à 2013 à la recherche de taches. De tels spots réduisent la quantité de lumière qu'une étoile émet dans l'espace. Comme ils ne changent généralement que légèrement sur plusieurs mois, ils tournent progressivement hors du champ de vision du télescope, puis réapparaissent après un certain temps. Cela produit typique, fluctuations de luminosité régulièrement récurrentes.

Dans un deuxième temps, les scientifiques ont étudié la question de savoir pourquoi les géants tachetés tournent si rapidement. Comment rassemblent-ils l'énergie nécessaire ? "Pour répondre à cette question, nous devions déterminer autant de propriétés des étoiles que possible, puis dresser une image globale, " dit le Dr Patrick Gaulme, auteur principal de la publication. À l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique (États-Unis), par exemple, les chercheurs ont étudié comment les longueurs d'onde de la lumière des étoiles de certaines étoiles changent au fil du temps. Cela permet de tirer des conclusions sur leur mouvement exact. L'équipe a également examiné les fluctuations rapides de la luminosité, qui se superposent aux plus lentes causées par les taches stellaires. Les fluctuations les plus rapides sont l'expression d'ondes de pression se propageant à l'intérieur d'une étoile jusqu'à sa surface. Ils contiennent des informations sur de nombreuses propriétés internes telles que la masse et l'âge de l'étoile.

L'analyse a révélé qu'environ 15% des géantes tachetées appartiennent à des systèmes d'étoiles binaires proches, généralement constitué d'une géante rouge avec un compagnon petit et moins massif. « Dans de tels systèmes, les vitesses de rotation des deux étoiles se synchronisent dans le temps jusqu'à ce qu'elles tournent à l'unisson comme une paire de patineurs artistiques, " dit Gaulme. La géante rouge plus lente prend ainsi de l'élan et tourne plus vite qu'elle ne l'aurait fait sans une étoile compagne.

Les autres géantes rouges avec des taches stellaires, environ 85 pour cent, sont seuls et pourtant ils tournent rapidement. Ceux dont la masse est à peu près égale à celle du Soleil ont probablement fusionné avec une autre étoile ou planète au cours de leur évolution et ont ainsi gagné en vitesse. Les plus lourds, dont les masses sont deux à trois fois celles du Soleil, revenir sur une évolution différente. À l'apogée de leur vie avant qu'ils ne deviennent des géantes rouges, leur structure interne empêchait la création d'un champ magnétique global qui éloigne progressivement les particules de l'étoile. Contrairement à leurs homologues magnétiques, qui tournent donc de plus en plus lentement dans le temps, leur rotation n'a probablement jamais ralenti de manière significative. Même en tant que géantes rouges, ils tournent toujours presque aussi vite que dans leur jeunesse.

"Au total, derrière la caractéristique d'observation commune que certaines géantes rouges ont des taches, nous trouvons trois groupes d'étoiles en rotation rapide, dont chacun a une explication très différente. Il n'est donc pas étonnant que le phénomène soit plus répandu qu'on ne le pensait auparavant, " dit Gaulme.

Des études comme la présente recherche mettent en lumière, entre autres, sur l'évolution de la rotation et de l'activité magnétique des étoiles, et leur interaction complexe, y compris l'impact sur l'habitabilité des systèmes planétaires qu'ils peuvent héberger. Ce sont parmi les principaux objectifs de la mission PLATO de l'ESA, dont le lancement est prévu d'ici la fin de 2026. « Nous attendons avec impatience la mission PLATO dans l'espace ; avec ses observations uniques de longue durée, nous pourrons étendre l'étude à d'autres régions de la Voie lactée, " conclut Spada.