Un Soleil jeune montre qu’un champ magnétique a été un ingrédient critique au développement de la vie sur Terre

CfA Release 2016-06. Date de diffusion: Mercredi 16 mars 2016

Published to ApJL Letters, astro-ph:1603.03937v1 preprint; CfA-Smithsonian Harvard Press Release

Figure 1. IDans cette vue d’artiste, l’analogue du Soleil jeune Kappa1 Ceti est constellée de grande taches, signatures de son intense activité magnétique. Cette nouvelle étude montre que son vent stellaire est 50 fois plus intense que le vent solaire actuel. En conséquence, une planète similaire à la jeune Terre aurait besoin d’un champ magnétique pour protéger son atmosphère et assurer son habitabilité. Les tailles physiques de l’étoile et de la planète, ainsi que leur séparation, ne sont pas à l’échelle. [Credit: M. Weiss/CfA]

Il y a un presque quatre milliards d'années, la vie faisait son apparition sur Terre. La vie est apparue parce que notre planète réunissait les conditions favorables : une surface rocheuse, de l'eau à l'état liquide, et une atmosphère protectrice. Mais si la vie a pu se développer, c'est aussi grâce à un autre ingrédient indispensable : la protection d'un bouclier magnétique. Une nouvelle étude de l'étoile Kappa1 Ceti, analogue au Soleil jeune, montre que la présence d'un champ magnétique est cruciale pour que la vie puisse potentiellement se développer sur une planète, en la mettant à l’abri des colères de sa jeune étoile.

Kappa1 Ceti, située à 30 années-lumières dans la constellation de la Baleine (Cetus en latin), est considérée comme une quasi-jumelle du Soleil jeune. L'équipe déduit un âge de seulement 400 à 600 millions d'années, ce qui correspond approximativement à l’âge du Soleil lorsque la vie est apparue sur Terre. L'étoile kappa Ceti constitue ainsi un laboratoire idéal pour étudier l'histoire précoce du système solaire et les conditions dans lesquelles des formes de vie ont pu émerger.

Figure 2. Ce modèle informatique montre les lignes de champ magnétique qui se déploient autour de la surface stellaire. Cette jeune étoile propulse un vent 50 fois plus fort que le vent solaire actuel. [Credit: TCD/Vidotto. CfA/do Nascimento et al. ApJL Letters]

Le niveau d'activité magnétique de Kappa1 Ceti est élevé, comme celui de toutes les étoiles similaires au Soleil durant les premières centaines de millions d'années de leur existence. Ainsi, sa surface est couverte de taches, similaires aux taches solaires mais plus nombreuses et de plus grandes dimensions. Par ailleurs, Kappa1 Ceti émet un flot continu de particules chargées dans l'espace. Les modèles numériques de l'équipe à l'origine de l'étude indiquent que du fait de l'activité magnétique de l'étoile, ce vent stellaire est 50 fois plus intense que le vent solaire.

Un vent d'une telle puissance éroderait très efficacement l'atmosphère d'une planète qui ne serait pas protégée par un champ magnétique suffisamment fort. Sans cette coquille magnétique, une planète finirait par perdre presque totalement son atmosphère. C’est le sort que la planète Mars a subi dans notre système solaire : d'un monde abritant de vastes océans, elle s'est transformée en un immense désert froid et aride.

À partir de mesures spectropolarimétriques réalisées au Pic du Midi dans le cadre de la collaboration Bcool, l'équipe a pu cartographier le champ magnétique à la surface de Kappa1 Ceti. Cette mesure a ensuite été utilisée pour modéliser le vent magnétique intense émit par Kappa1 Ceti et son effet sur une jeune Terre. On pense que le champ magnétique de la Terre primitive était d'une intensité similaire à celle que nous connaissons aujourd'hui, voire légèrement moins fort. En fonction de la valeur précise supposée du champ magnétique de cette jeune planète, les chercheurs concluent que la région à l’abri du vent stellaire (la magnétosphère planétaire) aurait une taille comprise entre le tiers et la moitié de la magnétosphère terrestre actuelle - une protection inférieure à celle que nous connaissons aujourd’hui, mais suffisante pour le développement de la vie.

Figure 3. IDans cette vue d’artiste, l’analogue du Soleil jeune Kappa1 Ceti est constellée de grande taches, signatures de son intense activité magnétique. Cette nouvelle étude montre que son vent stellaire est 50 fois plus intense que le vent solaire actuel. En conséquence, une planète similaire à la jeune Terre aurait besoin d’un champ magnétique pour protéger son atmosphère et assurer son habitabilité. Les tailles physiques de l’étoile et de la planète, ainsi que leur séparation, ne sont pas à l’échelle. [Crédito: Rogério Melo (Edufrn/UFRN)]

Kappa1 Ceti est également l'une des étoiles souçonnées de produire des super-éruptions magnétiques – des phénomènes extrêmes capables de libérer une énergie 10 à 100 millions de fois supérieure aux éruptions les plus intenses jamais observées sur le Soleil. Des éruptions aussi énergétiques pourraient dépouiller des planètes de leur atmosphère. En étudiant Kappa1 Ceti, les astrophysiciens espèrent pouvoir quantifier la fréquence de ces super-éruptions, et ainsi savoir à quel point le Soleil jeune a pu menacer la Terre primitive et la vie naissante.

Les travaux présentés ici impliquent des chercheurs de Toulouse, Montpellier et Grenoble. Ils sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters et visibles en ligne.

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Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Pour plus d’information:

-Pascal Petit
IRAP
CNRS
Université de Toulouse
pascal.petit@irap.omp.eu

-Julien Morin
LUPM
CNRS
Université de Montpellier
julien.morin@umontpellier.fr

-Colin Folsom
IPAG
CNRS
Université de Grenoble
colin.folsom@univ-grenoble-alpes.fr

Figure 4. Les observations obtenues avec le télescope Bernard Lyot à l’Observatoire du Pic du Midi ont permis de cartographier le champ magnétique de surface de Kappa1 Ceti, et de modéliser son violent vent stellaire. [Credit: Jose-Dias do Nascimento]

Figure 5. Timelapse vidéo du 2.0-meter Bernard Lyot Telescope à Pic du Midi Observatory en France.[Credit: Romain Montaigut]

 

L'équipe est composée de

  • José-Dias do Nascimento Jr, Astrophysicist, lead author - Scientist at Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA, USA; Professor at Departamento de Física, Univ. Federal do Rio G. do Norte, UFRN, Brazil;

Co-auteurs:

  • S. Meibom - Scientist at Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA, USA;
  • A.A. Vidotto - Scientist at Trinity College Dublin, College Green, Dublin 2, Ireland;
  • P. Petit, - Scientist at Univ. de Toulouse, UPS-OMP, Inst. de R. en Astrop. et Planetologie, France; 5CNRS, IRAP, 14 Av. E. Belin, Toulouse, France;
  • C. Folsom - Scientist at Univ. Grenoble Alpes, IPAG, Grenoble, France;
  • S. Marsden - Professor at Computational Engineering and Science Research Centre, University of Southern Queensland, Toowoomba, Australia;
  • J. Morin - Scientist at LUPM-UMR5299, Univ. de Montpellier, France;
  • G. F. Porto de Melo - Professor at Observatório do Valongo, UFRJ, L do Pedro Antonio, RJ, Brazil.
  • S.V. Jeffers - Scientist at fur Astrophysik, G.-August-Univ.,Goettingen, Germany.
  • I. Ribas - Scientist at Institut de Ciències de l’Espai (CSIC-IEEC), Carrer de Can Magrans, s/n, Campus UAB, Bellaterra, Spain;
  • M. Castro - Professor at Univ. Federal do Rio G. do Norte, UFRN, Dep. de Física, Brasil;
  • E. Guinan - Professor at Univ. of Villanova, Astron. Department, PA ,Pennsylvania, US;

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