Révéler le cœur convectif des étoiles grâce à l’astérosismologie

Résultat scientifique Univers

Certaines des étoiles de type solaire, légèrement plus massives que le Soleil, possèdent un cœur convectif de dimension réduite aux propriétés encore mal connues. En mélangeant l’hydrogène des couches internes, ce cœur affecte de façon importante la durée de vie de l’étoile. Une équipe de recherche comprenant des scientifiques de CNRS Terre & Univers (voir encadré) a modélisé l’interaction entre la convection et les oscillations stellaires  dans une étoile à deux zones convectives (un cœur et une enveloppe) et a ainsi pu mettre en évidence la contribution de ce cœur convectif sur le signal sismique de l’étoile. 

L’excitation et la propagation des ondes internes de l’étoile  ont été modélisées grâce à des simulations numériques 3D réalisées avec le logiciel massivement parallèle ASH  et sont illustrées sur la Figure 1. Il a ainsi été possible de montrer que le cœur convectif imprime une empreinte claire sur la signature des modes de gravité (voir Figure 2). Comme les étoiles F possèdent une enveloppe convective beaucoup plus fine que le Soleil, ces oscillations de basses fréquences pourront être finalement détectées grâce aux observations de haute précision de PLATO.

Simulation 3D d’une étoile de 1.3 masse solaire.
Gauche : Simulation 3D d’une étoile de 1.3 masse solaire. Les modes de gravité internes sont excités par la convection de l’enveloppe et du cœur. Droite : Caractérisation des modes de gravité grâce à un filtrage temporel du signal © CEA & INAF

Ce travail ouvre des perspectives pour obtenir des contraintes directes sur le cœur convectif des étoiles de type solaire par l’inter-comparaison de spectres de plusieurs étoiles F, permettant d’affiner la masse à laquelle le cœur convectif apparait et leur dynamique interne. Cela permettra aussi d’estimer de façon beaucoup plus robuste l’âge de ces étoiles et des systèmes planétaires qu’elles abritent. Les étoiles de type solaire seront bientôt au cœur de la mission PLATO de l’ESA (lancement prévu pour le premier trimestre 2027) qui permettra de confronter cette simulation avec l’observation.

Signature des modes g proches de la surface,

Légende

Figure 2 : Signature des modes g proches de la surface, pour le modèle avec cœur convectif (en haut) et le modèle sans cœur (en bas). On remarque la différence claire de signature observationnelle tant en termes du nombre de modes observés que de leur amplitude.

Laboratoire CNRS impliqué

  • Astrophysique, instrumentation, modélisation ( AIM ) 
    Tutelles : CNRS / CEA / Univ. Paris Cité 

Contact

Allan Sacha Brun
Chercheur CEA au laboratoire AIM
Rafael Garcia
Chercheur CEA au laboratoire AIM
Sylvain Breton
Chercheur à l'Osservatorio Astrofisico di Catania (INAF)

Pour en savoir plus

Breton, S., Brun, A.S., Garcia, R. 2026, From core to envelope: revealing the deep dynamics of stars with two convective zones, A&A, 710, A10  
doi.org/10.1051/0004-6361/202659634