Les étoiles dispersées dans le cosmos ont un aspect différent, mais ils se ressemblent peut-être plus qu'on ne le pensait, selon les chercheurs de l'Université Rice.

De nouveaux travaux de modélisation par les scientifiques de Rice montrent que les étoiles « froides » comme le soleil partagent les comportements de surface dynamiques qui influencent leurs environnements énergétiques et magnétiques. Cette activité magnétique stellaire est essentielle pour savoir si une étoile donnée héberge des planètes qui pourraient abriter la vie.

Les travaux de la chercheuse postdoctorale Rice Alison Farrish et des astrophysiciens David Alexander et Christopher Johns-Krull figurent dans une étude publiée dans Le Journal d'Astrophysique. La recherche relie la rotation des étoiles froides au comportement de leur flux magnétique de surface, qui à son tour entraîne la luminosité des rayons X coronaires de l'étoile, d'une manière qui pourrait aider à prédire comment l'activité magnétique affecte les exoplanètes dans leurs systèmes.

L'étude fait suite à une autre menée par Farrish et Alexander qui a montré que la "météo" spatiale d'une étoile peut rendre les planètes de leur "zone Boucle d'or" inhabitables.

"Toutes les étoiles tournent au cours de leur vie à mesure qu'elles perdent leur moment angulaire, et ils deviennent moins actifs en conséquence, " Farrish a déclaré. "Nous pensons que le soleil dans le passé était plus actif et cela pourrait avoir affecté la chimie atmosphérique de la Terre au début. Il est donc très important de réfléchir à la façon dont les émissions d'énergie plus élevées des étoiles changent sur de longues périodes de temps. »

"Plus généralement, nous prenons des modèles développés pour le soleil et voyons à quel point ils s'adaptent aux étoiles, " a déclaré Johns-Krull.

Les chercheurs ont entrepris de modéliser à quoi ressemblent les étoiles lointaines sur la base des données limitées disponibles. Le spin et le flux de certaines étoiles ont été déterminés, avec leur classification-types F, G, K et M—qui ont donné des informations sur leurs tailles et températures.

Ils ont comparé les propriétés du soleil, une étoile de type G, par son numéro Rossby, une mesure de l'activité stellaire qui combine sa vitesse de rotation avec ses flux de fluides souterrains qui influencent la distribution du flux magnétique à la surface d'une étoile, avec ce qu'ils savaient d'autres stars cool. Leurs modèles suggèrent que la "météo spatiale" de chaque étoile fonctionne à peu près de la même manière, influençant les conditions sur leurs planètes respectives.

"L'étude suggère que les étoiles - du moins les étoiles froides - ne sont pas trop dissemblables les unes des autres, " a dit Alexander. " De notre point de vue, Le modèle d'Alison peut être appliqué sans crainte ni faveur lorsque l'on regarde les exoplanètes autour des étoiles M ou F ou K, également, bien sûr, comme les autres étoiles G.

"Cela suggère également quelque chose de beaucoup plus intéressant pour la physique stellaire établie, que le processus par lequel un champ magnétique est généré peut être assez similaire dans toutes les étoiles froides. C'est un peu une surprise, " a-t-il dit. Cela pourrait inclure des étoiles qui, contrairement au soleil, sont convectifs jusqu'au cœur.

"Toutes les étoiles comme le soleil fusionnent de l'hydrogène et de l'hélium dans leur noyau et cette énergie est d'abord transportée par le rayonnement des photons vers la surface, " a déclaré Johns-Krull. " Mais il atteint une zone d'environ 60% à 70% de la distance qui est tout simplement trop opaque, il commence donc à subir la convection. La matière chaude se déplace d'en bas, l'énergie rayonne, et la matière plus froide retombe.

"Mais les étoiles avec moins d'un tiers de la masse du soleil n'ont pas de zone radiative; elles sont convectives partout, " a-t-il dit. " Beaucoup d'idées sur la façon dont les étoiles génèrent un champ magnétique reposent sur l'existence d'une frontière entre les zones radiative et de convection, vous vous attendriez donc à ce que les étoiles qui n'ont pas cette limite se comportent différemment. Cet article montre qu'à bien des égards, ils se comportent comme le soleil, une fois que vous vous adaptez à leurs propres particularités."

Farris, qui a récemment obtenu son doctorat à Rice et commence bientôt une mission de recherche postdoctorale au Goddard Space Flight Center de la NASA, a noté que le modèle ne s'applique qu'aux étoiles non saturées.

« Les étoiles les plus magnétiquement actives sont celles que nous appelons « saturées », ' », a déclaré Farrish. « À un certain moment, une augmentation de l'activité magnétique cesse de montrer l'augmentation associée de l'émission de rayons X à haute énergie. La raison pour laquelle déverser plus de magnétisme sur la surface de l'étoile ne vous donne pas plus d'émission reste un mystère.

"Inversement, le soleil est en régime non saturé, où nous voyons une corrélation entre l'activité magnétique et l'émission énergétique, " dit-elle. " Cela se produit à un niveau d'activité plus modéré, et ces étoiles sont intéressantes car elles pourraient fournir des environnements plus hospitaliers pour les planètes."

"L'essentiel, ce sont les observations, qui couvrent quatre types spectraux comprenant à la fois des étoiles entièrement et partiellement convectives, peut être raisonnablement bien représenté par un modèle généré à partir du soleil, " a déclaré Alexander. " Cela renforce également l'idée que même si une étoile qui est 30 fois plus active que le soleil peut ne pas être une étoile de classe G, c'est toujours capturé par l'analyse qu'Alison a faite".

"Nous devons être clairs sur le fait que nous ne simulons aucune étoile ou système spécifique, " a-t-il dit. " Nous disons que statistiquement, le comportement magnétique d'une étoile M typique avec un nombre de Rossby typique se comporte de manière similaire à celui du soleil, ce qui nous permet d'évaluer son impact potentiel sur ses planètes."

Un joker critique est le cycle d'activité d'une star, qui ne peuvent être incorporés dans les modèles sans des années d'observation. (Le cycle du soleil est de 11 ans, mis en évidence par l'activité des taches solaires lorsque ses lignes de champ magnétique sont le plus déformées.)

Johns-Krull a déclaré que le modèle sera toujours utile à bien des égards. "L'un de mes centres d'intérêt est l'étude des très jeunes stars, dont beaucoup sont, comme des étoiles de faible masse, entièrement convectif, " a-t-il dit. " Beaucoup d'entre eux ont du matériel de disque autour d'eux et forment encore des planètes. La façon dont ils interagissent est médiatisée, nous pensons, par le champ magnétique stellaire.

"Donc, Les travaux de modélisation d'Alison peuvent être utilisés pour en savoir plus sur la structure à grande échelle des étoiles très magnétiquement actives, et cela peut ensuite nous permettre de tester quelques idées sur la façon dont ces jeunes étoiles et leurs disques interagissent."

Minjing Li, un étudiant invité de l'Université des sciences et technologies de Chine, est co-auteur de l'article. Alexander est professeur de physique et d'astronomie et directeur du Rice Space Institute. Johns-Krull est professeur de physique et d'astronomie.