Il y a quatre ans, plusieurs étoiles géantes rouges ont été découvertes pour poser un paradoxe :même si elles sont construites à partir de matériaux stellaires très anciens, leurs grandes masses indiquent un âge nettement plus jeune. Des scientifiques du Max Planck Institute for Solar System Research (Allemagne), Université d'Aarhus (Danemark), et l'Ohio State University (États-Unis) ont maintenant résolu l'apparente contradiction. Pour la première fois, ils ont étudié les abondances de carbone, azote, et de l'oxygène tourbillonnait des noyaux de ces étoiles vers leurs surfaces. Cela permet un regard indirect sur les processus en profondeur. Plusieurs des géantes rouges étudiées ont dû fusionner avec d'autres au cours d'un stade avancé de l'évolution stellaire, concluent les chercheurs. Dans ces cas, la masse n'est pas un critère approprié pour la détermination de l'âge; les étoiles sont en effet vieilles.

Étoile de la séquence principale, géant rouge, naine blanche - au cours de leur durée de vie couvrant des millions voire des milliards d'années, les étoiles passent par différentes étapes de l'évolution stellaire, toutes très différentes en apparence. Encore, les étoiles ne révèlent pas facilement leur âge, du moins pas à première vue. La durée de chaque phase diffère trop d'une étoile à l'autre. Avec un regard plus profond, cependant, les chercheurs peuvent reconstituer l'histoire de la vie de la star. Différentes méthodes permettent aujourd'hui de déterminer de manière fiable l'âge d'une étoile.

Mais il y a des cas délicats :il y a quatre ans, deux groupes de chercheurs dirigés par l'Institut Leibniz d'astrophysique et l'Institut Max Planck d'astronomie ont découvert des étoiles géantes rouges déroutantes. Les résultats de différentes mesures d'âge ont divergé de quatre milliards d'années. "Les étoiles semblaient être à la fois vieilles et jeunes, " Dr. Saskia Hekker de MPS et de l'Université d'Aarhus au Danemark, qui faisait partie des deux équipes de découverte à l'époque et est maintenant le premier auteur de la nouvelle étude, rappelle. "Cet apparent paradoxe m'intrigue depuis, " ajoute-t-elle. Avec sa collègue, le Dr Jennifer A. Johnson de l'Ohio State University, elle a maintenant résolu le mystère de certaines de ces étoiles. Les deux chercheurs sont convaincus que les étoiles étranges ne font que feindre la jeunesse.

Le matériau de construction des géantes rouges indique un âge ancien de plus de 10 milliards d'années. Les étoiles contiennent relativement peu de fer, un élément qui, au cours de l'évolution galactique, ne s'est produit que lentement. Les vieilles étoiles contiennent donc peu de fer par rapport à d'autres substances comme le magnésium, silicium, et du calcium, tandis que les jeunes étoiles en contiennent plus. Afin de déterminer les rapports de ces éléments, les scientifiques divisent la lumière de l'étoile respective en ses longueurs d'onde individuelles. Dans ce soi-disant spectre, chaque élément trouvé dans l'étoile laisse une empreinte caractéristique. Une autre méthode de détermination de l'âge examine les oscillations d'une étoile. Avec des méthodes d'astérosismologie, il est alors possible de déduire la masse de l'étoile.

Étant donné que des températures particulièrement élevées règnent à l'intérieur des étoiles lourdes, leur carburant brûle relativement rapidement. Les étoiles lourdes ont donc une espérance de vie beaucoup plus courte que les étoiles de faible masse. Les géantes rouges en question se sont avérées être de véritables poids lourds. La méthode astérosismique donne donc des âges inférieurs à 6 milliards d'années.

La nouvelle enquête résout maintenant cette contradiction. Les chercheurs ont pu montrer que certaines étoiles ont un passé extrêmement mouvementé. "Certaines des étoiles mystérieuses ont dû fusionner avec d'autres pendant ou après leur transformation en géantes rouges, » Le Dr Saskia Hekker résume les résultats. « Leur masse importante n'est pas une propriété d'origine et ne convient donc pas à la détermination de l'âge, " ajoute-t-elle. " Les étoiles sont en effet vieilles. "

La clé de ces résultats était les quantités de carbone, azote, et l'oxygène trouvé à la surface des étoiles. Ces éléments permettent un regard indirect sur l'intérieur stellaire. Lorsque les étoiles dites de la séquence principale, c'est-à-dire ceux qui sont au même stade de développement que le Soleil, se transformer en géantes rouges vers la fin de leur vie, leur fonctionnement interne change :carbone, azote, et de l'oxygène, qui se forment dans le noyau, peuvent être dragués jusqu'à la surface dans d'énormes courants de plasma et peuvent ensuite être détectés. Selon la chaleur et donc la masse de l'étoile en question, les éléments peuvent être trouvés dans des proportions différentes.

Dans certaines de leurs mesures, les chercheurs ont trouvé des valeurs typiques pour les étoiles de faible masse. "Avant qu'ils ne deviennent des géantes rouges, ces étoiles devaient être relativement légères, " conclut le Dr Jennifer Johnson de l'Ohio State University. " Leur masse élevée actuelle peut s'expliquer par le fait qu'en tant que géantes rouges, elles ont fusionné avec d'autres étoiles, " argumente-t-elle.

L'explication ne s'applique pas à toutes les étoiles étudiées. Pour certains, la masse élevée déterminée il y a des années au moyen de l'astérosismologie coïncide bien avec la présence de carbone, azote, et de l'oxygène à leur surface. "Ces étoiles auraient pu fusionner avec d'autres à un stade de développement plus précoce avant que la matière nucléaire ne remonte à la surface, " dit Hekker. Une dernière explication est toujours en attente.

La nouvelle étude propose également une nouvelle approche de la question de savoir à quelle fréquence les étoiles entrent en collision et fusionnent en conséquence. Les géantes rouges au passé si mouvementé pouvaient désormais être traquées par le détour de la détermination de l'âge.