Les astronomes ont mis au point une méthode nouvelle et améliorée pour mesurer les masses de millions d'étoiles solitaires, en particulier ceux avec des systèmes planétaires.

Obtenir des mesures précises du poids des étoiles joue non seulement un rôle crucial dans la compréhension de la naissance des étoiles, évoluer et mourir, mais il est également essentiel pour évaluer la vraie nature des milliers d'exoplanètes connues maintenant en orbite autour de la plupart des autres étoiles.

La méthode est conçue sur mesure pour la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne, qui est en train de cartographier la Voie Lactée en trois dimensions, et le prochain Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, dont le lancement est prévu l'année prochaine et examinera les 200, 000 étoiles les plus brillantes du firmament à la recherche de terres extraterrestres.

« Nous avons développé une nouvelle méthode pour « peser » les étoiles solitaires, " a déclaré Keivan Stassun, professeur de physique et d'astronomie à Stevenson, qui a dirigé le développement. "D'abord, nous utilisons la lumière totale de l'étoile et sa parallaxe pour déduire son diamètre. Prochain, nous analysons la façon dont la lumière de l'étoile scintille, ce qui nous donne une mesure de sa gravité de surface. Ensuite, nous combinons les deux pour obtenir la masse totale de l'étoile."

Stassun et ses collègues—Enrico Corsaro de l'INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania en Italie, Joshua Pepper de l'Université de Leigh et Scott Gaudi de l'Université d'État de l'Ohio — décrivent la méthode et démontrent son exactitude en utilisant 675 étoiles de masse connue dans un article intitulé « Empirical, masses et rayons précis des étoiles simples avec TESS et GAIA" accepté pour publication dans le Journal astronomique .

Traditionnellement, la méthode la plus précise pour déterminer la masse des étoiles lointaines est de mesurer les orbites des systèmes d'étoiles doubles, appelés binaires. Les lois du mouvement de Newton permettent aux astronomes de calculer les masses des deux étoiles en mesurant leurs orbites avec une précision considérable. Cependant, moins de la moitié des systèmes stellaires de la galaxie sont binaires, et les binaires ne représentent qu'environ un cinquième des étoiles naines rouges qui sont devenues des terrains de chasse prisés pour les exoplanètes, les astronomes ont donc mis au point une variété d'autres méthodes pour estimer les masses d'étoiles solitaires. La méthode photométrique qui classe les étoiles par couleur et luminosité est la plus générale, mais ce n'est pas très précis. Astérosismologie, qui mesure les fluctuations lumineuses causées par les impulsions sonores qui traversent l'intérieur d'une étoile, est très précis mais ne fonctionne que sur plusieurs milliers des plus proches, étoiles les plus brillantes.

"Notre méthode peut mesurer la masse d'un grand nombre d'étoiles avec une précision de 10 à 25 pour cent. Dans la plupart des cas, c'est beaucoup plus précis que ce qui est possible avec d'autres méthodes disponibles, et surtout, il peut être appliqué aux étoiles solitaires afin que nous ne soyons pas limités aux binaires, " a déclaré Stassun.

La technique est le prolongement d'une approche que Stassun a développée il y a quatre ans avec l'étudiante diplômée Fabienne Bastien, qui est maintenant professeur adjoint à l'Université d'État de Pennsylvanie. À l'aide d'un logiciel spécial de visualisation de données développé par une équipe neuro-diverse d'astronomes de Vanderbilt, Bastein a découvert un motif de scintillement subtil à la lumière des étoiles qui contient des informations précieuses sur la gravité de surface d'une étoile.

L'année dernière, Stassun et ses collaborateurs ont développé une méthode empirique pour déterminer le diamètre des étoiles à l'aide des données publiées du catalogue d'étoiles. Il s'agit de combiner des informations sur la luminosité et la température d'une étoile avec les données de parallaxe de la mission Gaia. (L'effet de parallaxe est le déplacement apparent d'un objet causé par un changement du point de vue de l'observateur.)

« En associant ces deux techniques, nous avons montré que nous pouvons estimer la masse des étoiles cataloguées par la mission Kepler de la NASA avec une précision d'environ 25 % et nous estimons qu'elle fournira une précision d'environ 10 % pour les types d'étoiles que la mission TESS ciblera, " dit Stassun.

L'établissement de la masse d'une étoile possédant un système planétaire est un facteur critique pour déterminer la masse et la taille des planètes qui l'entourent. Une erreur de 100 pour cent dans l'estimation de la masse d'une étoile, ce qui est typique en utilisant la méthode photométrique, peut entraîner une erreur allant jusqu'à 67% dans le calcul de la masse de ses planètes. C'est à peu près équivalent à la différence entre un Mercure et une Terre. Donc, il est extrêmement important d'évaluer correctement la nature de tous les mondes extraterrestres que les astronomes ont commencé à détecter ces dernières années.