Thématique

PHOST : PHysics of Oscillating STars
(la physique des étoiles oscillantes)

La plupart de nos connaissances sur l’Univers vient de l’étude des étoiles. Depuis la naissance et l’évolution des galaxies jusqu’à la nature des planètes, il n’est possible d’obtenir des résultats fiables que si les paramètres stellaires sont connus avec une très grande précision, de même que la structure interne et l’évolution des étoiles. Jusque récemment, cette information nous venait de l’observation et de l’analyse de la lumière stellaire, soit par spectrométrie soit par photométrie. A partir de ces observations, il était possible d’obtenir la température et la pression atmosphériques, la gravité de surface, le champ magnétique et les abondances superficielles des éléments chimiques, par l’intermédiaire de modèles d’atmosphère. On pouvait aussi mesurer le rayon des étoiles proches par interférométrie et on avait accès à la rotation et l’activité de surface par l’étude des raies spectrales. Cependant, la structure interne ne pouvait être déterminée que par des modèles d’évolution.

L’héliosismologie, dans les années 1970, et l’astérosismologie, vingt ans plus tard, ont représenté une révolution dans l’étude des étoiles. La détection et l’analyse des modes d’oscillation stellaire apportèrent une vision directe des couches profondes du Soleil et des étoiles. Cela donna accès à leur structure interne, la profondeur des zones convectives, la température, la pression et la densité internes, la rotation interne, etc. L’astérosismologie fournit des outils pour distinguer les géantes rouges ayant comme source d’énergie de l’hydrogène brûlant en couche de celles ayant une combustion d’hélium au cœur. Elle donne aussi accès à l’évolution de leur rotation interne. Cette nouvelle science permet d’obtenir des valeurs précises des rayons, masses et âges des étoiles-hôtes de systèmes planétaires, nécessaires pour la détermination précise des paramètres des planètes. Les masses et âges des géantes rouges, associées aux positions et vitesses données par GAIA, sont fondamentales pour l’archéologie galactique.

L’étude de la structure interne des étoiles commença au début du 20^ème siècle grâce à Sir A.S. Eddington et ses collaborateurs. Les équations nécessaires pour décrire les sphères auto-gravitantes furent résolues quelques décennies plus tard grâce aux premiers ordinateurs. Cela permit aux astrophysiciens de construire des modèles stellaires approximatifs, sans rotation, sans champ magnétique, sans perte de masse, sans mouvements internes autres que la convection dynamique. Le milieu stellaire était introduit comme un gaz unique, avec une masse moléculaire moyenne et une opacité moyenne. Ces modèles étaient considérés comme « standard ». Plus tard, les contraintes précises apportées par l’hélio et l’astérosismologie conduisirent les astrophysiciens à améliorer considérablement ces modèles en ajoutant une certain nombre d’effets « non-standard ».

L’étude et l’amélioration de la physique stellaire sont importantes pour une meilleure compréhension des étoiles elles-mêmes et de leur environnement. De plus, les étoiles sont des laboratoires pour des processus physiques qui ne peuvent pas être testés sur Terre. Elles aident à comprendre la physique de base, comme la physique nucléaire, la physique des particules, la physique statistique, l’hydrodynamique, les processus magnétiques, la physique atomique et les opacités, etc. Des réseaux performants d’ordinateurs disponibles actuellement permettent des simulations numériques, qui aident à comprendre ces processus physiques. Ils sont utilisés en symbiose avec les plus récentes observations des oscillations stellaires, pour une meilleure compréhension de la structure interne et de l’évolution, depuis la pré-séquence principale (étoiles T-Tauri) jusqu’aux stades ultimes (naines blanches).

Ce colloque se tiendra en l’honneur du professeur Hiromoto Shibahashi, qui étudia les oscillations stellaires pendant une grande partie de sa carrière. Il est l’un des auteurs, et principal contributeur, d’un livre de base « Nonradial Oscillations of Stars », publié en 1970 quand l’astérosismologie était dans ses débuts. Pendant plus de 40 ans, Hiromoto Shibahashi resta au premier rang pour la théorie aussi bien que pour les observations, pour de nombreux sujets reliés à cette thématique. Ce colloque va célébrer ses contributions en discutant de quelle manière les plus récentes recherches sur la question des oscillations stellaires fait avancer notre compréhension de la physique des étoiles, ainsi que les études complémentaires, depuis l’archéologie galactique jusqu’aux exoplanètes habitables.