Notre compréhension de l'univers et de la Voie lactée repose sur un édifice de connaissances individuelles, toutes liées les unes aux autres. Mais chacune de ces pièces n'est que si précise. Plus nous pouvons faire un des éléments de connaissance avec précision, plus notre compréhension de l'ensemble est précise.
L'âge des étoiles en fait partie. Pendant des années, les astronomes ont utilisé une méthode pour déterminer l'âge des étoiles avec une marge d'erreur de 10% à 20%. Maintenant, une équipe de scientifiques de l'Université aéronautique Embry-Riddle a développé une nouvelle technique pour déterminer l'âge des étoiles avec une marge d'erreur de seulement 3% à 5%.
Les techniques actuelles de datation des étoiles reposent sur l'observation des étoiles sur la séquence principale, qui est un peu comme une hotte adulte pour les étoiles. La technique examine les étoiles qui ont commencé à «mourir», ce qui signifie dans ce cas qu'elles épuisent leur hydrogène. En outre, les scientifiques ne peuvent généralement dire l'âge d'une étoile qu'en déterminant l'âge de la population à laquelle ils appartiennent. Ils connaissent l'âge de certaines étoiles individuelles, mais surtout nous connaissons l'âge des amas d'étoiles plutôt que les étoiles individuelles elles-mêmes.
Les raisons en sont assez complexes, mais nos techniques de datation des étoiles ont conduit à des conclusions étranges, plutôt manifestement impossibles, comme trouver des amas d'étoiles dans la Voie lactée qui sont plus anciens que la Voie lactée elle-même.
La technique développée par une équipe d'Embry-Riddle, dirigée par le professeur de physique et d'astronomie, le Dr Ted von Hippel, repose sur des mesures de naines blanches, plutôt que sur des étoiles de séquence principale. Les naines blanches sont des restes d'étoiles qui ont quitté la séquence principale après avoir manqué de carburant. Notre propre Soleil mettra fin à sa vie de nain blanc.
La nouvelle technique mesure la masse, la température de surface et si son atmosphère contient de l'hydrogène ou de l'hélium.
«… Il est important de savoir s'il y a de l'hydrogène ou de l'hélium à la surface, car l'hélium dégage la chaleur de l'étoile plus facilement que l'hydrogène.»
Dr Ted von Hippel, professeur de physique et d'astronomie, Université Embry-Riddle.
"La masse de l'étoile est importante car les objets de plus grande masse ont plus d'énergie et prennent plus de temps à refroidir", a déclaré von Hippel, directeur de l'Observatoire du Département des sciences physiques d'Embry-Riddle et du télescope Ritchey-Chrétien de 1,0 mètre. «C'est pourquoi une tasse de café reste chaude plus longtemps qu'une cuillère à café de café. La température de surface, comme les charbons épuisés dans un feu de camp qui s'est éteint, donne des indices sur la durée de l'incendie. Enfin, il est important de savoir s'il y a de l'hydrogène ou de l'hélium à la surface, car l'hélium irradie la chaleur de l'étoile plus facilement que l'hydrogène. »
La masse d'une étoile est toujours la clé pour déterminer son âge, et c'est toujours difficile, surtout pour de grandes populations de naines blanches. Mais grâce au satellite Gaia, cela devient plus facile.
La nouvelle méthode du professeur von Hippel tire parti des données fournies par la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne. Gaia réalise une carte 3D de la Voie lactée en mesurant la vitesse positionnelle et radiale d'environ 1 milliard d'étoiles dans la Voie lactée et dans le groupe local. Gaia mesure les distances des étoiles avec une précision extrême, et c'est ce dont l'équipe de von Hippel a profité.
Gaia a pu mesurer les distances des étoiles avec une grande précision, et von Hippel et son équipe ont utilisé cette précision pour déterminer le rayon des étoiles en fonction de leur luminosité. À partir de là, ils ont utilisé les informations existantes sur le rapport masse / rayon de l'étoile pour déterminer la masse, un ingrédient manquant pour déterminer l'âge d'une étoile.
La touche finale, qui aide à donner à la nouvelle technique sa précision, est de déterminer la métallicité de l’étoile. La métallicité fait référence à l'abondance de différents éléments chimiques dans l'étoile. Ces informations leur permettent d'affiner l'âge de l'étoile.
Lors de la récente réunion de l'American Astronomical Society, les membres de l'équipe de von Hippel ont présenté deux affiches sur leur travail. Le premier portait sur une paire d'étoiles binaires avec une naine blanche et une étoile de séquence principale. Le second portait sur une paire binaire de naines blanches.
«Le prochain niveau d'étude consistera à déterminer autant d'éléments du tableau périodique que possible pour l'étoile de séquence principale au sein de ces paires.»
Dr Ted von Hippel, professeur de physique et d'astronomie, Université Embry-Riddle.
"Le prochain niveau d'étude sera de déterminer autant d'éléments du tableau périodique que possible pour l'étoile de séquence principale au sein de ces paires", a déclaré von Hippel. «Cela nous en dirait plus sur l'évolution chimique galactique, basée sur la façon dont différents éléments se sont accumulés au fil du temps sous forme d'étoiles formées dans notre galaxie, la Voie lactée.
Von Hippel dit que la méthode est toujours en cours de développement et peut encore être envisagée dans sa phase préliminaire. Mais cela est très prometteur, et l'équipe espère qu'ils finiront par apprendre l'âge de toutes les naines blanches dans le jeu de données Gaia. "Cela pourrait permettre aux chercheurs de faire progresser considérablement notre compréhension de la formation d'étoiles dans la Voie lactée", a déclaré von Hippel.
Von Hippel a pris note d'une comparaison entre le domaine de l'archéologie et le domaine de l'astrophysique. En archéologie, nous utilisons la datation au carbone pour déterminer l'âge de toutes sortes d'objets: outils, structures, fossiles, sites de l'âge de pierre. L'âge des choses nous donne une compréhension de la chronologie des événements sur Terre. Il en va de même pour l'Univers.
"Pour les astronomes d'aujourd'hui, sans connaître l'âge des différents composants de notre galaxie, nous n'avons pas de contexte. Nous avons des techniques pour dater des objets célestes, mais pas précisément. "
