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Quel âge a chacune des étoiles de notre galaxie âgée d’environ 13 milliards d’années? Une nouvelle technique permettant de comprendre avec une précision sans précédent l’histoire de la Voie lactée qui a formé ses étoiles, permet de déterminer l’âge des étoiles au moins deux fois plus précisément que les méthodes conventionnelles, ont rapporté cette semaine des chercheurs d’Embry-Riddle à la réunion de l’American Astronomical Society (AAS).

Une technique de datation plus précise

Les techniques actuelles de datation, basées sur des évaluations d’étoiles dans la séquence principale de leur vie qui ont commencé à mourir après avoir épuisé leur hydrogène, offrent une marge d’erreur de 20%, ou au mieux de 10%, a expliqué le professeur de physique et d’astronomie Ted von Hippel. L’approche d’Embry-Riddle, tirant parti des restes épuisés appelés étoiles naines blanches, réduit la marge d’erreur à 5%, voire 3%, a-t-il déclaré.
Pour que cette méthode fonctionne, von Hippel et son équipe doivent mesurer la température de surface de l’étoile, qu’elle ait une atmosphère d’hydrogène ou d’hélium et sa masse. La température de surface peut être déterminée à partir de la couleur et des composants atmosphériques d’une étoile.
«La masse de l’étoile est importante, car les objets plus volumineux ont plus d’énergie et prennent plus de temps à refroidir», a déclaré von Hippel, directeur de l’observatoire des sciences physiques d’Embry-Riddle. «C’est pourquoi une tasse de café reste chaude plus longtemps qu’une cuillère à café. La température de surface, comme les braises éteintes d’un feu de camp, donne des indications sur la date à laquelle le feu s’est éteint. Enfin, il est important de savoir s’il existe de l’hydrogène ou de l’hélium à la surface, car l’hélium dégage plus facilement la chaleur de l’étoile que l’hydrogène.  »
Déterminer les masses précises d’étoiles, en particulier pour les grands échantillons de naines blanches, est très difficile. Maintenant, les astronomes ont une nouvelle méthode pour déterminer les masses des naines blanches.

Exploitation des données du satellite Gaia

La méthode tire parti des données capturées par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne, une mission ambitieuse visant à créer une carte en trois dimensions de la Voie lactée. Von Hippel, en compagnie d’Adam Moss, diplômé d’Embry-Riddle, et des élèves actuels, Isabelle Kloc, Jimmy Sargent et Natalie Moticksa, et l’instructeur Elliot Robinson, ont utilisé des mesures extrêmement précises de la distance des étoiles fourni par Gaia.
Tout comme l’indicateur de vitesse d’une voiture peut sembler donner deux lectures différentes du point de vue du conducteur par rapport au siège du passager, les objets célestes peuvent apparaître à des endroits différents, en fonction de la position du spectateur. Les mesures de Gaia, basées sur la géométrie de deux lignes de sites différentes ou «parallaxes» aux objets, ont aidé les chercheurs d’Embry-Riddle à déterminer le rayon des étoiles en fonction de leur luminosité.
Ils pouvaient ensuite utiliser les informations existantes sur le rapport masse/rayon de l’étoile – un calcul basé sur le comportement physique des électrons – pour obtenir le dernier ingrédient permettant de déterminer l’âge de l’étoile et sa masse.
Enfin, en déterminant l’abondance de différents éléments au sein de l’étoile, ou sa métallicité, les chercheurs peuvent affiner l’âge de l’objet, ont rapporté Moss et Kloc. Moss s’est concentré sur des paires d’étoiles avec une naine blanche et une étoile à séquence principale semblables à notre Soleil, tandis que les recherches de Kloc ont porté sur deux étoiles naines blanches dans le même système binaire.

Utiliser les éléments du tableau périodique 

« Le prochain niveau d’études consistera à déterminer autant d’éléments du tableau périodique que possible pour l’étoile de la séquence principale au sein de ces paires », a déclaré von Hippel. «Cela nous en dirait plus sur l’évolution de la chimie galactique, basée sur la façon dont différents éléments se sont construits au fil du temps, à mesure que les étoiles se formaient dans notre galaxie.»
Bien qu’il ait souligné que les travaux en cours restent préliminaires, l’équipe espère pouvoir publier l’âge de toutes les étoiles naines blanches avec les données de Gaia: «cela pourrait permettre aux chercheurs d’améliorer considérablement leur compréhension de la formation des étoiles dans la Voie lactée.»
Dans le domaine de l’archéologie Von Hipple note que les méthodes de datation au carbone permettaient de déterminer l’âge des structures, des fossiles, des sites de l’âge de pierre et bien plus encore, fournissant ainsi un aperçu plus profond de l’évolution de la vie sur Terre.

Un manque de contexte

«Pour les astronomes d’aujourd’hui, sans connaître l’âge des différentes composantes de notre galaxie, nous n’avons pas de contexte. Nous avons eu des techniques pour dater des objets célestes, mais elles n’étaient pas précises. »
Source : Embry-Riddle Aeronautical University