Une nouvelle carte du cycle de vie stellaire

L’un des meilleurs endroits pour étudier les étoiles se situe à l’intérieur de ce que l’on appelle les «amas ouverts», regroupant des étoiles nées du même matériau et liées entre elles par la gravitation.

Ces amas ouverts sont de véritables laboratoires, révélant le comportement d’étoiles de masses et d’âges différents. Il existe également d’autres étoiles dites «variables» dont la luminosité varie périodiquement. Leur éclat et leurs pulsations éclairent les scientifiques sur la physique interne des étoiles et la galaxie dans son ensemble.

Jusqu’à présent, les astronomes étudiaient séparément les amas stellaires et les étoiles variables, et se concentraient généralement sur un amas à la fois. Or, cette approche ne rendait pas compte de l’ensemble, empêchant de bien comprendre la vie des étoiles dans la galaxie.

Pour la première fois, Richard Anderson, responsable du Laboratoire Standard Candles and Distances à l’EPFL, et Emily Hunt, de l’Institut d’astronomie Max Planck, ont combiné ces deux approches. À l’aide des données de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, ils ont cartographié près de 35 000 étoiles variables à l’intérieur de 1200 amas ouverts, dans toute la Voie lactée. Cette «vue générale» offre aux chercheuses et chercheurs une carte sans précédent de la façon dont les étoiles vivent, vieillissent et meurent au sein de leur communauté.

Les résultats ont été publiés sous forme de lettre à la rédaction dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Nouveaux schémas du cycle de vie stellaire

«C’est une première scientifique en ce sens que de grands échantillons d’amas stellaires et d’étoiles variables sont analysés conjointement, déclare Anderson. Cela crée des synergies, car les deux approches fournissent des informations complémentaires.»

L’équipe a élaboré sa carte en utilisant la troisième publication des données recueillies par Gaia, un satellite qui mesure avec précision la position, la luminosité et les couleurs de plus d’un milliard d’étoiles. Afin d’obtenir des résultats fiables, les scientifiques se sont concentrés sur des amas situés à moins de 6500 années-lumière.

Les équipes ont comparé le catalogue d’étoiles variables de Gaia aux étoiles dans ces amas et vérifié l’âge, les distances et la luminosité de chacune d’entre elles. En suivant l’emplacement de chaque type d’étoile variable dans un amas et l’évolution de leur nombre en fonction de l’âge de l’amas, l’équipe a pu révéler de nouveaux schémas du cycle de vie stellaire.

Les résultats montrent que, dans ces amas, la luminosité d’au moins une étoile sur cinq varie au fil du temps. Les amas jeunes abritent la plus grande diversité d’étoiles variables, tandis que les amas plus anciens comptent davantage d’étoiles présentant des cycles lents, comparables à celui du Soleil. L’étude montre également que certaines étoiles variables servent de marqueurs de l’âge d’un amas, fournissant ainsi un nouvel outil pour mesurer l’âge d’un groupe d’étoiles sans avoir à construire des modèles complexes.

«Nous sommes faits de poussière d’étoiles»

L’équipe a rendu public son catalogue, partageant la position, le type et les propriétés des 35 000 étoiles variables dans ces amas. L’étude propose également le diagramme le plus clair jamais réalisé, qui montre la répartition des différents types d’étoiles variables sur la carte de référence utilisée par les astronomes pour visualiser l’évolution stellaire (diagramme de Hertzsprung-Russell).

La mission Gaia entre maintenant dans sa phase scientifique la plus passionnante, bien que le satellite ait récemment pris sa retraite. Au cours des prochaines années, les vastes archives constituées des observations de Gaia, couvrant près de 2 milliards d’étoiles, seront traitées et analysées par des scientifiques de toute l’Europe.

«Notre travail donne un aperçu de ce que nous réserve Gaia [catalogues de données 4 et 5], qui va révolutionner l’étude des populations stellaires d’après la variation de leur intensité lumineuse», explique Anderson.

En montrant que les étoiles variables pouvaient servir d’«horloges» et de «marqueurs» dans l’évolution stellaire, l’équipe a ouvert de nouvelles pistes pour explorer l’histoire de l’Univers. «Nous sommes faits de poussière d’étoiles, affirme Anderson. Comprendre la vie des étoiles et les mécanismes physiques qui régissent les étoiles est par conséquent essentiel pour comprendre nos origines et notre place dans le cosmos.»