Oui, les étoiles vibrent. Par exemple, notre Soleil montre des milliers de modes de vibrations différents. Toutes les étoiles, à un moment ou un autre au cours de leur évolution, vibreront (ou pulseront, ou oscilleront, d’autres termes qui décrivent le même phénomène). Mieux encore, ces vibrations nous permettent d’en comprendre la structure!
Étoiles variables
En 1572, l’astronome danois Tycho Brahe a observé la supernova du même nom. Depuis, l’astronomie occidentale s’est intéressée aux variations de luminosité des étoiles.
Plusieurs phénomènes peuvent expliquer que la lumière qui nous provient d’une étoile varie. Par exemple, une étoile peut en éclipser une autre au cours d’un phénomène nommé transit. Une autre étoile peut violemment éjecter de la matière, ce qui altère la quantité de lumière qu’elle émet. On peut également assister à l’explosion d’une étoile, comme dans le cas de la supernova que Tycho Brahe a observé.
Les étoiles peuvent aussi pulser : elles montrent des variations régulières de leur luminosité. Ce phénomène, proposé pour la première fois par l’astronome allemand August Ritter en 1879, est basé sur un mécanisme au sein de l’étoile. Il aura fallu toutefois attendre plus de 70 ans avant de comprendre les pulsations des étoiles.
Étoiles pulsantes
Les pulsations d’une étoile, qui peuvent avoir lieu en son cœur comme à sa surface, sont provoquées par des variations locales de la gravité et/ou de la pression dans une zone donnée. Ces variations sont causées par une perturbation de l’équilibre précaire dans lequel l’étoile se trouve. En effet, toute étoile (qui n’explose pas) est en équilibre dit hydrostatique : sa pression interne, qui lui ferait prendre de l’expansion, est balancée très exactement par la gravité, qui la ferait comprimer. Cependant, si la pression locale est perturbée, on excite des vibrations dans l’étoile nommés modes de pression. De la même façon, si la gravité locale varie, on observe de vibrations dans l’étoile qu’on nomme modes de gravité.
Une étoile montre soit des modes de pression, soit des modes de gravité. Dans de rares cas, on a observé à la fois des modes de pression et de gravité dans une étoile.
Le Soleil est l’exemple le plus près de nous d’une étoile pulsante. Toutefois, les variations de luminosité qui en sont issues sont de très faibles amplitudes. Il aura fallu envoyer des sondes spatiales dédiées à l’observation du Soleil pour enfin les mettre en évidence.
Certaines étoiles plus éloignées montrent des variations de luminosité si importantes qu’il est possible de les observer à l’œil nu. L’étoile géante rouge Mira, dans la constellation de la Baleine, en est un exemple. Les astronomes arabes, à la fin du Moyen-âge ont été les premiers à rapporter les variations de luminosité de Mira.
Astérosismologie
La Terre tremble parce que les plaques tectoniques qui constituent sa surface se déplacent. Ce mouvement induit des vibrations qui peuvent, dans certains cas, voyager jusqu’au cours de la Terre. La plupart du temps, ces vibrations, ou ondes sismiques, se propagent dans le manteau terrestre, fait de roches en fusion. En comprenant le comportement des ondes sismiques engendrées par les tremblements de Terre, on a ainsi pu déterminer la structure de notre planète. Cette branche de la physique se nomme sismologie (ou séismologie).
Il est possible de transposer les outils de la sismologie afin d’étudier la structure des étoiles qui pulsent. Cet exercice, connu sous le nom d’astérosismologie (ou astéroséismologie), est de plus en plus populaire. On se sert des variations de luminosité des étoiles qui oscillent pour en extraire les modes de pulsation. On compare ensuite ceux-ci avec des modes dits théoriques qui ont été calculés par des modèles complexes. Ces derniers incorporent tous les paramètres d’une étoile comme sa masse, la quantité de lumière qu’elle émet, son rayon, sa composition, sa classe, etc.
L’application de l’astérosismologie révèle la structure interne des étoiles, un exercice impossible à accomplir par les techniques traditionnellement employées en astronomie. En réalité, la spectroscopie, la photométrie et la polarimétrie ne sont sensibles qu’aux phénomènes ayant lieu à la surface d’une étoile. Toutefois, à l’aide de ces méthodes, on étudie les variations dans le temps de ces phénomènes. Ainsi, on peut extraire les modes de vibrations d’une étoile. Néanmoins, il est impératif de comparer ces résultats à des modèles pour comprendre ce qui se passe dans une étoile.
Ce puissant outil de l’astronomie contemporaine nous a notamment permis de « voir » l’intérieur du Soleil. Par l’entremise de l’héliosismologie (la discipline astérosismologique qui se concentre sur les pulsations du Soleil – du grec helios), on connaît ainsi la masse du cœur de cette étoile, sa vitesse de rotation et d’autres paramètres.
Plus récemment, des chercheurs de l’Université de Montréal ont utilisé l’astérosismologie pour démontrer l’effet de la perte de masse sur la structure interne d’une jeune étoile naine blanche. Le Pr Gilles Fontaine et son équipe ont révélé que la naine blanche connu sous l’appellation PG1159 tourne comme un corps solide jusqu’en son cœur. Habituellement, une étoile présente des vitesses différentes de rotation selon la profondeur (ce qu’on nomme une rotation différentielle).
Source
Mémoire de maîtrise de Myriam Francoeur
