Simuler les sons des étoiles pour révéler leurs secrets

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Le son peut ne pas pouvoir voyager à travers le vide de l’espace. Mais cela n’empêche pas les étoiles de libérer une symphonie de notes subsoniques alors que leurs fours nucléaires génèrent des vibrations complexes. Les télescopes peuvent détecter ces vibrations sous forme de fluctuations de leur luminosité ou de la température à la surface d’une étoile.

Mieux comprendre les étoiles en écoutant leurs vibrations

Comprenez ces vibrations et apprenez-en davantage sur la structure interne de l’étoile, qui serait autrement dissimulée à la vue. «Un violoncelle résonne comme un violoncelle à cause de sa taille et de sa forme», explique Jacqueline Goldstein, étudiante de troisième cycle au département d’astronomie de l’Université du Wisconsin – Madison. « Les vibrations des étoiles dépendent également de leur taille et de leur structure. »

Dans son travail, Goldstein étudie le lien entre la structure stellaire et les vibrations en développant un logiciel simulant diverses étoiles et leurs fréquences. En comparant ses simulations aux vraies étoiles, Goldstein peut affiner son modèle et améliorer la façon dont les astrophysiciens le comparent à la surface des étoiles en analysant leurs sons subtils.

Avec des fréquences répétées de l’ordre de quelques minutes à quelques jours, vous devez accélérer mille ou un million les vibrations stellaires pour qu’elles puissent être audibles par un humain. Ces réverbérations pourraient très bien être appelées séismes d’étoiles d’après leurs cousins ​​sismiques sur Terre. Ce domaine d’étude s’appelle l’astrosismologie.

Alors que les étoiles fondent leur hydrogène en éléments plus lourds dans leur noyau, le gaz plasmatique chaud vibre et provoque le scintillement des étoiles. Ces fluctuations peuvent renseigner les chercheurs sur la structure d’une étoile et son évolution au fil des années. Goldstein étudie des étoiles plus grandes que notre propre Soleil.

«Ce sont celles qui explosent qui créer des trous noirs et des étoiles à neutrons et tous les éléments lourds de l’Univers qui forment des planètes et, en gros, une nouvelle vie», explique Goldstein. «Nous voulons comprendre leur fonctionnement et leur impact sur l’évolution de l’Univers. Donc, ces sont de très grandes questions. »

Elle construit des modèles de différents types d’étoiles

En travaillant avec les professeurs d’astronomie Rich Townsend et Ellen Zweibel, Goldstein a développé un programme appelé GYRE qui s’insère dans le programme de simulation d’étoiles MESA. À l’aide de ce logiciel, Goldstein construit des modèles de différents types d’étoiles pour voir à quoi leurs vibrations pourraient ressembler pour les astronomes. Elle vérifie ensuite à quel point simulation et la réalité correspondent.

«Depuis que j’ai fait mes étoiles, je sais ce que je mets dedans. Ainsi, lorsque je compare mes modèles de vibrations aux modèles de vibrations observés, s’ils sont identiques, l’intérieur de mes étoiles ressemble à l’intérieur de ces étoiles réelles. Si elles sont différentes, ce qui est généralement le cas, cela nous donne des informations dont nous avons besoin pour améliorer nos simulations et les tester à nouveau », déclare Goldstein.

GYRE et MESA sont tous deux des programmes open source, ce qui signifie que les scientifiques peuvent librement accéder au code et le modifier. Chaque année, entre 40 et 50 personnes fréquentent une école d’été MESA à l’Université de Californie à Santa Barbara pour apprendre à utiliser ce programme et à réfléchir aux améliorations à apporter. Goldstein et son groupe profitent de tous ces utilisateurs qui suggèrent des modifications et corrigent des erreurs à la fois dans MESA et dans leur propre programme.

Ils sont également stimulés par un autre groupe de scientifiques – les chasseurs de planètes. Deux choses peuvent faire fluctuer la luminosité d’une étoile: les vibrations internes ou le passage d’une planète devant l’étoile. Alors que la recherche d’exoplanètes – des planètes qui orbitent autour d’autres étoiles que la nôtre – s’est accélérée, Goldstein a eu accès à une mine de nouvelles données sur les fluctuations stellaires capturées dans les mêmes enquêtes d’étoiles lointaines.

En savoir plus sur nos voisins cosmiques simplement en les écoutant

Le dernier chasseur d’exoplanètes est un télescope appelé TESS, qui a été mis sur orbite l’an dernier pour étudier 200 000 étoiles parmi les plus brillantes et les plus proches. «Ce que fait TESS, c’est regarder tout le ciel», déclare Goldstein. «Nous allons donc pouvoir dire pour toutes ces étoiles que nous pouvons voir si elles palpitent ou non. Si tel est le cas, nous pourrons étudier leurs pulsations pour savoir ce qui se passe sous la surface. »

Goldstein développe actuellement une nouvelle version de GYRE pour tirer parti des données de TESS. Avec cela, elle commencera à simuler cet orchestre stellaire de centaines de milliers de fois plus fort. Avec ces simulations, nous pourrions peut-être en savoir plus sur nos voisins cosmiques, simplement en les écoutant.

Source : University of Wisconsin-Madison
Crédit photo : Pixabay

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