Lorsque les étoiles naissent, leur noyau se contracte à mesure qu’elles accumulent de la masse. Et quand les étoiles meurent, leur noyau se rétrécit à nouveau lorsqu’elles brûlent leur carburant et elles commencent à s’effondrer en une naine blanche, une étoile à neutrons ou même un trou noir dans un explosion de supernova. Dans les deux cas, le noyau décroissant commence tourner plus vitecomme le fait un patineur sur glace quand il tire sur ses bras.

Mais les observations des étoiles ont révélé quelque chose d’étrange : ces noyaux stellaires qui rétrécissent n’accélèrent pas autant qu’ils le devraient. Par exemple, dans un géants rouges– le type d’étoile que notre propre soleil deviendra éventuellement en vieillissant – le noyau effectue une rotation sur une période allant jusqu’à des dizaines de jours, alors que la physique prédirait qu’il devrait tourner complètement en quelques heures.

Quelque chose ralentit ces noyaux. Mais quoi? Maintenant une nouvelle simulation. révèle le coupable probable: champs magnétiques supportés par la turbulence au plus profond des régions des étoiles où l’énergie créée par la fusion nucléaire est transmise à l’extérieur. Ces champs sont protégés de la vue par l’extérieur des étoiles. « Le mécanisme que nous avons observé dans notre stimulation est profondément enfoui dans la région radiative, il ne serait donc pas visible de l’extérieur », explique Florence Marcotte, chercheuse à l’Université de la Côte d’Azur en France.

Marcotte a mené la recherche, publiée le 19 janvier dans la revue La science, avec Ludovic Petitdemange de l’Observatoire de Paris et Christophe Gissinger de l’École Normale Supérieure en France. Des études antérieures sur le spin stellaire avaient porté sur la dynamique des fluides à l’intérieur des étoiles, y compris la convection, qui est le transfert d’énergie par des matériaux froids et denses qui coulent et des matériaux plus chauds et moins denses qui montent. Mais ces forces n’étaient pas suffisantes pour expliquer la perte de quantité de mouvement dans les noyaux stellaires. Par conséquent, dit Marcotte, les scientifiques soupçonnaient que les champs magnétiques à l’intérieur des étoiles devaient également jouer un rôle, mais la façon exacte dont ils pouvaient se former et se maintenir était un mystère.

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Les étoiles sont constituées d’un gaz chaud et chargé appelé plasma. Lorsque ce plasma s’écoule, le mouvement des particules chargées peut créer des champs magnétiques. Jusqu’à présent, l’une des principales hypothèses sur la décélération stellaire soutenait que l’attraction de ces champs magnétiques, amplifiés par les mouvements du plasma, ralentit la rotation du cœur de l’étoile. Imaginez un patineur artistique en rotation poussé par un partenaire, sa rotation ralentie par la force supplémentaire exercée sur lui.

Marcotte, Gissinger et Petitdemange se sont concentrés sur les régions radiatives des étoiles, zones où l’énergie est transférée par rayonnement vers l’extérieur et où il n’y a pas de convection. Dans ces régions, le rôle du champ magnétique dans la décélération stellaire a été débattu, dit Marcotte, car personne n’avait construit un modèle numérique approprié de la façon dont ces champs magnétiques pouvaient être générés. En modélisant le flux de plasma dans ces régions dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que même ici, les étoiles peuvent générer des champs magnétiques, qui ralentissent ensuite la rotation du noyau de l’étoile. Le processus s’est déroulé de manière inattendue dans leurs simulations : initialement, un flux de plasma ordonné a renforcé de manière exponentielle les champs magnétiques dans ces régions. Les champs renforcés, à leur tour, ont généré leur propre flux turbulent de matière stellaire. Ce mouvement turbulent chaotique a encore augmenté chaque champ magnétique, qui à son tour a renforcé la turbulence en une boucle auto-entretenue, dit Gissinger. « À un moment donné, le champ magnétique devient si important qu’il exercera un couple sur la région intérieure de l’étoile et qu’il tournera vers le bas », dit-il. Une fois ce modèle établi, le champ magnétique et la turbulence continuent de se soutenir, dit Marcotte, même si les conditions sur l’étoile changent pour être moins sujettes à ces mouvements chaotiques.

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La nouvelle recherche est importante, déclare Matteo Cantiello, astrophysicien au Flatiron Institute de New York, qui n’a pas participé à l’étude. Le soleil est actuellement environ 100 fois plus grand que la Terre. Un jour, dit-il, notre étoile natale s’effondrera en une naine blanche du même diamètre que notre planète. La majeure partie de la masse du soleil d’aujourd’hui sera entassée dans cet espace plus petit. Sans connaître la physique sous-jacente correcte, il est impossible de comprendre comment le soleil et les autres étoiles vieillissantes vont évoluer.

La nouvelle simulation ne capturera probablement pas toute la complexité qui se produit dans les vraies étoiles, dit Cantiello. Mais s’il réussit mieux à faire correspondre les observations réelles d’étoiles faites par des télescopes comme le télescope spatial Kepler que les modèles précédents, il deviendra le nouveau paradigme de la physique stellaire.

Les scientifiques espèrent également approfondir la vie intérieure des étoiles à l’avenir. Un domaine relativement nouveau appelé astérosismologie étudie les ondes détectables à l’extérieur des étoiles pour déduire ce qui se passe à l’intérieur. L’astrosismologie fournit déjà plus d’informations sur la rotation des noyaux stellaires tout au long de leur vie, explique Cantiello. Il sera peut-être également possible un jour de détecter des indices des champs magnétiques trouvés dans la nouvelle simulation. « Très récemment », dit Marcotte, « les gens ont commencé à déduire des mesures de champ magnétique pour les régions profondes des étoiles. Ce n’était pas possible avant. »