Communiqué de presse

Le plus ancien jumeau solaire identifié

Le VLT de l'ESO apporte de nouveaux éléments de compréhension sur le mystère du lithium

28 août 2013

Une équipe internationale conduite par des astronomes au Brésil a utilisé le Très Grand Télescope de l'ESO pour identifier et étudier le plus ancien jumeau solaire connu à ce jour. Située à 250 années-lumière de la Terre, l'étoile HIP 102152 ressemble bien plus au Soleil que tout autre jumeau solaire – hormis le fait qu'elle est plus âgée d'environ quatre milliards d'années. Ce jumeau plus âgé, mais quasiment identique, nous offre une occasion sans précédent d'imaginer le Soleil à un âge avancé. Les nouvelles observations révèlent également l'existence d'un lien évident entre l'âge d'une étoile et son contenu en lithium, et suggèrent par ailleurs que HIP 102152 doit être entourée de planètes rocheuses terrestres.

Les astronomes observent le Soleil au moyen de télescopes depuis 400 ans seulement – une période très courte comparée à l'âge du Soleil, supérieur à quatre milliards d'années. Il est très difficile de connaître l'histoire et l'évolution future de notre étoile, toutefois, la recherche des rares étoiles quasiment semblables à notre soleil, mais à différents stades de leur existence, permet d'y parvenir. Les astronomes sont récemment parvenus à identifier une étoile jumelle de notre Soleil, mais plus âgée de quatre milliards d'années – ce qui équivaut à observer le paradoxe des jumeaux en pleine action [1].

Jorge Melendez (Université de Sao Paulo, Brésil), leader de l'équipe et co-auteur du nouvel article, nous explique que « durant des dizaines d'années, les astronomes ont recherché des jumeaux solaires afin de mieux connaître notre Soleil, source de vie. Mais très peu de découvertes ont suivi la toute première, en 1997. Le VLT nous livre aujourd'hui des spectres de superbe qualité, ce qui nous permet d'étudier les jumeaux solaires dans les moindres détails et de comprendre la raison pour laquelle le Soleil est une étoile si particulière. »

L'équipe a étudié deux jumeaux solaires [2] – l'un présumé plus jeune que le Soleil (18 Scorpii), l'autre supposé plus âgé (HIP 102152). Elle a utilisé le spectrographe UVES installé sur le Très Grand Télescope (VLT) à l'Observatoire de Paranal de l'ESO afin de décomposer la lumière dans ses différentes couleurs puis d'étudier en détail la composition chimique et d'autres propriétés ce ces étoiles.

Ils ont découvert que l'étoile HIP 102152 dans la constellation du Capricorne constitue le jumeau solaire le plus âgé découvert à ce jour. Son âge est estimé à 8,2 milliards d'années, celui de notre Soleil à 4,6 milliards d'années. Par ailleurs, l'étoile 18 Scorpii s'est révélée être plus jeune que le Soleil – âgée d'environ 2,9 milliards d'années.

L'étude du vieux jumeau solaire HIP 102152 permet aux scientifiques de prévoir l'avenir de notre propre Soleil, ce à quoi il ressemblera à cet âge. Et ils sont d'ores et déjà parvenus à une découverte majeure. « Nous voulions entre autres choses aborder la question de la composition du Soleil », nous confie Jorge Melendez. « Celle-ci est-elle typique ? Plus important encore, pourquoi son contenu en lithium est-il si faible ? »

Le lithium, troisième élément de la classification périodique, a été créé lors du Big Bang, en même temps que l'hydrogène et l'hélium. Durant des années, les astronomes se sont demandés pourquoi certaines étoiles semblent moins riches en lithium que d'autres. Les nouvelles observations de HIP 102152 ont permis aux astronomes de franchir un pas important vers la résolution de ce mystère, en pointant l'existence d'une étroite relation entre l'âge d'une étoile de type Soleil et son contenu en lithium.

A l'heure actuelle, notre Soleil ne renferme plus qu'1% du lithium contenu dans la matière dont il est issu. Les examens de jumeaux solaires plus jeunes ont révélé que ces derniers referment de bien plus grandes quantités de lithium mais jusqu'à présent, les scientifiques n'étaient pas en mesure d'établir une corrélation directe entre l'âge d'une étoile et son contenu en lithium [3].

TalaWanda Monroe (Université de Sao Paulo), auteur principal de l'article, conclut ainsi : « Nous avons découvert que HIP 102152 contenait très peu de lithium. Cela montre clairement, et pour la toute première fois, que les jumeaux solaires plus âgés sont effectivement constitués d'une plus faible proportion de lithium que notre Soleil ou les jumeaux solaires plus jeunes. Nous pouvons en déduire avec certitude que les étoiles détruisent leur lithium à mesure qu'elles vieillissent. » [4]

Cette étude fait ressortir un dernier élément, pour le moins important : HIP 102152 est caractérisée par une composition chimique quelque peu inhabituelle, qui la différencie de la plupart des autres jumeaux solaires, à l'exception du Soleil. Tous deux présentent en effet une déficience en éléments qui abondent dans les météorites et sur Terre. Cela incite à penser que HIP 102152 abrite certainement des planètes rocheuses de type terrestre [5].

Notes

[1] Beaucoup d'entre nous ont entendu parler du paradoxe des jumeaux : un jumeau identique effectue un voyage dans l'espace et, à son retour sur Terre, paraît plus jeune que ses frères et sœurs. Bien qu'il ne soit pas question ici de temps de parcours, ces deux étoiles très similaires sont observées à des âges bien distincts – il s'agit là d'instantanés du Soleil à différentes époques de sa vie.

[2] Les jumeaux solaires, les analogues solaires et les étoiles de type solaire constituent des catégories d'étoiles classées en fonction des similitudes qu'elles présentent avec notre Soleil. Les jumeaux solaires sont les étoiles les plus semblables à notre Soleil, en termes de masse, de température et d'abondances chimiques. Les jumeaux solaires sont rares mais les autres classes d'étoiles, qui diffèrent davantage de notre Soleil, sont plus courantes.

[3] De précédentes études ont suggéré que le contenu en lithium d'une étoile pouvait également être affecté par l'existence de planètes géantes (eso0942, eso0118, article dans Nature). Toutefois, ces résultats ont fait l'objet d'âpres discussions (ann1046).

[4] Le mode de destruction du lithium à l'intérieur des étoiles demeure incertain à ce jour. Plusieurs processus de transport du lithium de la surface vers les couches internes d'une étoile, où il est détruit, ont toutefois été proposés.

[5] Le fait qu'une étoile contienne une plus faible quantité d'éléments constitutifs des corps rocheux suggère qu'elle est vraisemblablement entourée de planètes rocheuses de type terrestre – ce type de planètes emprisonne ces éléments lors de leur formation au sein du disque protoplanétaire, en effet. L'hypothèse selon laquelle HIP 102152 abrite de telles planètes se trouve renforcée par les mesures de vitesse radiale de cette étoile effectuées au moyen du spectrographe HARPS de l'ESO – ces mesures indiquent qu'aucune planète géante n'occupe la zone habitable de cette étoile. D'où la possible existence de planètes de type Terre autour de HIP 102152. Dans les systèmes constitués de planètes géantes orbitant à proximité de leur étoile, les chances de trouver des planètes terrestres sont plus faibles, car les trajectoires de ces petits corps rocheux sont perturbées.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé "High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun", par TalaWanda Monroe et al., à paraître dans la revue Astrophysical Journal Letters.

L'équipe est constituée de TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Université de São Paulo, Brésil [USP]), Iván Ramírez (Université du Texas à Austin, Etats-Unis), David Yong (Université Nationale Australienne, Australie [ANU]), Maria Bergemann (Institut d'Astrophysique Max Planck, Allemagne), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (Université de Chicago, Etats-Unis), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (Université de Cambridge, Royaume-Uni), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Université Fédérale de Rio Grande do Norte, Brésil), Michael Bazot (Centre d'Astrophysique de l'Université de Porto, Portugal) et Fabrício C. Freitas (USP).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world's most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, Czechia, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world's most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world's largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become "the world's biggest eye on the sky".

Liens

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1337.