Comment diable pouvez-vous regarder à l'intérieur d'une étoile ? Vous pourriez sortir les scalpels et autres outils du métier chirurgical, mais bonne chance pour arriver à quelques millions de kilomètres de la surface avant que votre peau ne fonde. Les étoiles de notre univers cachent très bien leurs secrets, mais les astronomes peuvent surpasser leur intelligence et ont trouvé des moyens de scruter leur cœur en utilisant, de toutes choses, les ondes sonores.

Tremblements d'étoiles

"Ondes sonores dans l'espace" est une phrase assez déroutante, mais ne vous inquiétez pas, ces ondes sonores restent strictement dans leurs sphères stellaires. Chaque étoile est une dynamique, maelström vibrant d'une intense activité frénétique. A l'intérieur tu as la folie du noyau nucléaire, forger de nouveaux éléments par seconde à des températures de millions de degrés. A l'extérieur, vous avez le vide de l'espace lui-même, plus froid que froid à une température à peine supérieure à zéro.

Le travail du corps d'une étoile est de faire passer toute cette chaleur de l'intérieur vers l'extérieur, où il veut désespérément aller. Alors que tout au long de leur vie, les étoiles existent dans un état d'équilibre (elles n'explosent pas dans une supernova ou ne s'effondrent pas dans un trou noir en ce moment), toute légère perturbation peut persister sous forme de légères bosses et ondulations dans la majeure partie de l'étoile - et à sa surface.

Les « bosses et les tremblements dans la masse » sont également appelés ondes sonores.

Les étoiles peuvent commencer à crier de différentes manières. S'il se trouve qu'un patch ou une couche entière d'étoiles est un peu plus dense que la moyenne, il peut piéger le rayonnement en dessous, l'empêchant de s'échapper. Cela chauffe anormalement la couche, la faisant s'élever et s'étendre, libérer la chaleur emprisonnée et permettre à la couche de se refroidir et de revenir à la façon dont elle a commencé, réinitialiser l'ensemble du processus. Alors que ce cycle se poursuit, les ondes sonores émanent de la pulsation, englobant temporairement toute l'étoile.

La convection à l'intérieur de l'étoile joue aussi un rôle, alors que des gouttes géantes de matière stellaire remontent à la surface, toucher la froideur de l'espace, libérer leur chaleur, et redescendre dans les profondeurs ardentes. Cette agitation continue, comme la surface bouillante d'une casserole d'eau sur la cuisinière, résonne dans toute l'étoile.

Même un compagnon à proximité peut entraîner la création d'ondes sonores, alors que la gravité du partenaire en orbite tire et ajuste l'étoile, tendre la main avec des gifles et des pressions gravitationnelles invisibles, déclenchant plus de tremblements de terre.

La simulation rencontre la réalité des ondes sonores

Les étoiles hébergent toutes sortes de vibrations à l'intérieur d'elles. Certains ne durent que peu de temps, certains restent longtemps. Certains collent juste à la surface ou juste en dessous, tandis que d'autres zippent de haut en bas, ricocher sur le noyau dense dans le processus. Cela signifie que les vibrations sont des diagnostics très utiles sur les conditions de l'étoile. Quel âge a-t-il? Quel pourcentage d'éléments plus lourds nagent à l'intérieur ? Comment les différentes couches internes sont-elles connectées (ou non) les unes aux autres ?

Le mélange particulier d'ingrédients qui entrent dans une étoile particulière modifie subtilement les types de vibrations qui vivent à la surface. C'est comme la phrénologie stellaire mais en fait la science :l'étude des bosses et des ondulations à la surface d'une étoile révèle son caractère.

C'est là que les ordinateurs entrent en scène de manière importante, et pourquoi l'astérosismologie est un domaine relativement nouveau. Nous n'avons pas de catalogue sur catalogue de disséqués, étoiles affichées à comparer avec des spécimens vivants. Au lieu de cela, nous avons des ordinateurs – beaucoup d'entre eux. Modèle après modèle, nous cuisons toutes sortes d'étoiles dans nos fours en silicone, couvrant la gamme de tous les types de paramètres d'entrée gérables.

Et nous ajustons la physique aussi, bricoler et jouer avec diverses théories sur le fonctionnement des étoiles à l'intérieur. Dans quelle mesure les noyaux sont-ils bien connectés aux atmosphères ? Quelle est l'importance des champs magnétiques ? Quelle est la relation entre la rotation et le transfert de chaleur ? Des questions importantes avec peu de réponses.

Soulèvement des machines

Ces simulations étendues de fausses étoiles nous donnent le "répertoire" nécessaire pour comparer avec les observations. Mais les observations ne sont pas faciles. Nous ne pouvons pas observer la surface de la plupart des étoiles - nous ne pouvons que regarder de loin la lumière des étoiles s'estompe et s'éclaircit.

Une partie de cette variation est due à des poussées aléatoires ou à d'autres activités capricieuses. Une partie de cette variation est due à une planète en orbite traversant la ligne de mire. Et une partie de cette variation est due aux ondes sonores qui traversent l'étoile et bouillonnent à la surface, changeant très légèrement la luminosité de l'éclat de l'étoile.

C'est ici que la théorie rencontre la réalité, mais les observations sont extrêmement courtes (on n'observe pas les étoiles très longtemps), et incomplète (on ne voit pas toutes les vibrations en surface). Pour mieux comprendre tout ça, les astronomes ont récemment développé un pipeline complet d'apprentissage automatique pour comparer les données avec les modèles.

Dans ce pipeline, les scientifiques ont formé un réseau de neurones sur les simulations, lui permettant de découvrir toutes les relations subtiles entre les paramètres d'entrée du modèle (masse de l'étoile, métalliquement, etc.) et les modèles de vibration sur la surface. Puis, en utilisant ces connaissances sophistiquées, l'algorithme peut regarder de vraies étoiles avec de vraies, données désordonnées et trouver la meilleure correspondance dans les modèles. Cette technique n'en est qu'à ses balbutiements en matière d'astérosismologie, mais ouvre un avenir prometteur pour l'exploitation minière à travers des échantillons stellaires, comprendre comment les étoiles fonctionnent à l'intérieur.