La physique derrière le comportement inhabituel des super éruptions des étoiles a été découverte.

6 décembre 2023

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par l'Université de Hawaii à Manoa

Notre soleil produit activement des éruptions solaires qui peuvent avoir un impact sur la Terre, les éruptions les plus puissantes ayant la capacité de provoquer des pannes de courant et de perturber les communications, potentiellement à l'échelle mondiale. Bien que les éruptions solaires puissent être puissantes, elles sont insignifiantes comparées aux milliers de « super-éruptions » observées par les missions Kepler et TESS de la NASA. Les "super-éruptions" sont produites par des étoiles qui sont 100 à 10 000 fois plus lumineuses que celles du soleil.

On pense que les mécanismes physiques sont les mêmes entre les éruptions solaires et les super-éruptions : une libération soudaine d'énergie magnétique. Les étoiles à super-éruption ont des champs magnétiques plus forts et donc des éruptions plus lumineuses, mais certaines présentent un comportement inhabituel, une augmentation initiale de la luminosité de courte durée, suivie d'une éruption secondaire de plus longue durée mais moins intense.

Une équipe dirigée par Kai Yang, chercheur postdoctoral à l'Institut d'astronomie de l'Université de Hawaiʻi, et Xudong Sun, professeur agrégé, a développé un modèle pour expliquer ce phénomène, qui a été publié aujourd'hui dans The Astrophysical Journal.

"En appliquant ce que nous avons appris sur le soleil à d'autres étoiles plus froides, nous avons pu identifier les mécanismes sous-jacents à ces éruptions, même si nous ne pouvions jamais les voir directement", a déclaré Yang. "Le changement de luminosité de ces étoiles au fil du temps nous a en réalité aidé à 'voir' ces éruptions qui sont vraiment trop petites pour être observées directement."

Une vidéo d'une boucle coronale sur le soleil provenant de l'Observatoire de dynamique solaire, montrant le phénomène de la "pluie coronale". Crédit : Université de Hawaii à Manoa

On pensait que la lumière visible dans ces éruptions provenait uniquement des couches inférieures de l'atmosphère d'une étoile. Les particules énergisées par la reconnexion magnétique tombent de la couronne chaude et ténue (couche externe d'une étoile) et chauffent ces couches.

Des travaux récents ont émis l'hypothèse que l'émission des boucles coronales - plasma chaud piégé par le champ magnétique du soleil - pourrait également être détectable pour les étoiles à super-éruption, mais la densité dans ces boucles devrait être extrêmement élevée. Malheureusement, les astronomes n'avaient aucun moyen de vérifier cela, car il n'y a aucun moyen de voir ces boucles sur des étoiles autres que notre propre soleil.

D'autres astronomes, en utilisant des données des télescopes Kepler et TESS, ont repéré des étoiles présentant une courbe de lumière particulière, similaire à une "bosse de pic" céleste, un pic de luminosité soudain. Il s'est avéré que cette courbe de lumière ressemble à un phénomène solaire où un deuxième pic plus graduel suit l'éruption initiale.

"Ces courbes de lumière nous ont rappelé un phénomène que nous avons observé sur le soleil, appelé éruptions solaires de phase tardive", a déclaré Sun.

Les chercheurs se sont demandés : "Le même processus, des boucles stellaires énergisées et de grande taille, pourrait-il produire des augmentations de luminosité similaires en phase tardive dans le visible ?"

Yang a abordé cette question en adaptant des simulations fluides qui étaient fréquemment utilisées pour simuler les boucles éruptives solaires, en augmentant la longueur de la boucle et l'énergie magnétique. Il a découvert que l'apport d'énergie de l'éruption importante injecte une masse significative dans les boucles, ce qui entraîne une émission dense et lumineuse dans le visible, exactement comme prévu.

Ces études ont révélé que nous ne voyons cette lumière d'éruption en forme de "bosse" que lorsque le gaz super chaud se refroidit à la partie la plus élevée de la boucle. En raison de la gravité, ce matériau lumineux tombe alors, créant ce que nous appelons une "pluie coronale", que nous observons souvent sur le soleil. Cela donne à l'équipe la confiance que le modèle doit être réaliste.

Informations sur la revue : Astrophysical Journal

Fourni par Université de Hawaii à Manoa