Tout en étant l’étoile la plus proche de nous, le Soleil est encore loin d’avoir livré tous ses secrets aux astronomes. Quelle est l’origine de son champ magnétique, responsable de ses taches sombres et de ses violentes phases éruptives ? Les multiples manifestations du Soleil magnétique se répercutent pourtant jusque dans l’environnement terrestre, en provoquant des phénomènes tels que les aurores boréales, ou des perturbations électriques et radioélectriques de grande ampleur.

Face à ces enjeux, l’observation d’autres étoiles peut apporter des contraintes observationnelles que le Soleil seul ne peut offrir. Le vaste laboratoire stellaire permet en effet d’utiliser les autres étoiles pour tester le comportement magnétique d’objets astrophysiques très similaires au Soleil, tout en gagnant la possibilité de faire varier certaines de leurs caractéristiques simples (masse, âge, vitesse de rotation) pour tester leur influence sur le champ magnétique créé. Cette nouvelle option est maintenant accessible aux astronomes grâce au spectropolarimètre NARVAL installé au foyer du télescope de 2m Bernard Lyot du Pic du Midi.

Figure : Prédiction théorique de la configuration magnétique d’une "toupie stellaire", tournant trois fois plus vite que le Soleil. La rotation a pour effet d’enrouler les lignes de champ, créant ainsi des tores magnétiques. © Benjamin Brown. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

C’est ainsi que le champ magnétique de l’étoile 18 Sco a pu être étudié. Cette étoile, connue pour être le meilleur analogue du Soleil parmi les étoiles proches, est située à 46 années-lumières de nous, dans la constellation du Scorpion. Sa masse est identique à celle du Soleil, de même que sa luminosité et son âge, estimé à 4 milliards d’années environ. La similitude entre les deux astres va jusque dans la période de rotation, égale à 23 jours environ pour 18 Sco, contre 25 jours pour le Soleil. Le champ magnétique de 18 Sco, dévoilé par NARVAL, confirme son statut de meilleur jumeau solaire, puisque sa géométrie magnétique est très similaire à celle du Soleil au maximum de son cycle magnétique (observé pour la dernière fois aux alentours de l’année 2000).

Forts de ce résultat, les chercheurs ont ensuite répété les observations pour trois autres étoiles, presque identiques au Soleil si ce n’est leur vitesse de rotation qui était jusqu’à trois fois plus rapide que la référence solaire. Il était ainsi possible d’utiliser les autres étoiles pour étudier l’effet d’un paramètre spécifique, la rotation, sur le champ magnétique. Ces nouvelles observations ont apporté une confirmation éclatante de travaux théoriques récents, en révélant que la géométrie des champs magnétiques stellaires se transforme radicalement quand les étoiles sont en rotation rapide, passant d’une distribution sous forme de pôles magnétiques (comme dans le Soleil) à un véritable enroulement des lignes de champ autour de l’axe de rotation. La création de ce tore transforme ces soleils en rotation rapide en véritables toupies magnétiques !

Ce premier succès montre que les différentes théories du magnétisme du Soleil peuvent maintenant être testées en observant des étoiles jumelles du Soleil. Cette nouvelle connexion entre théorie et observation permet désormais de contraindre les modèles informatiques d’une façon que le Soleil seul ne peut nous offrir.

NOTES (1) NARVAL a été financé par la Région Midi-Pyrénées, le Ministère de la Recherche, le conseil Général des Hautes Pyrénées, l’Union Européenne (FEDER) et l’INSU-CNRS. La première lumière a été obtenue le 13 Nov 2006. Cet instrument est la réplique d’ESPaDOns installé au foyer du télescope de 3,6 m Canada-France-Hawaii. (2) Le Télescope Bernard Lyot (TBL) est financé par l’INSU-CNRS. Voir aussi : Sur le site de l’Observatoire Midi-Pyrénées : Connecter le Soleil aux étoiles : vers une solution àl’énigme magnétique solaire ? Communiqué de presse INSU-CNRS

Référence

Toroidal vs. poloidal magnetic fields in Sun-like stars : a rotation threshold P. Petit, B. Dintrans, S.K. Solanki, J.-F. Donati, M. Aurière, F. Lignières, J. Morin, F. Paletou, J. Ramirez, C. Catala, R. Fares : MNRAS, in press

Contact

Claude Catala (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

Despite being the star closest to us, the Sun has not yet disclosed all its secrets to astronomers. For instance, what is the exact origin of its magnetic field, responsible for its dark spots and its violent eruptive phases ? The multiple manifestations of the magnetic Sun are able to affect the terrestrial environment by their influence on aurorae or by their role in massive electrical perturbations.

Considering such open questions, observing other stars can bring observational constraints that the Sun alone cannot offer. The vast stellar laboratory brings the opportunity to use other stars in order to investigate the magnetic behaviour of astrophysical objects very similar to the Sun, and simultaneously offer the possibility to vary some of their fundamental parameters (mass, age, rotation period) to test their influence on the resulting magnetic field. This new option is now available to astronomers thanks to the NARVAL spectropolarimeter, operated at Télescope Bernard Lyot (Pic du Midi Observatory).

Figure : Prédiction théorique de la configuration magnétique d’une "toupie stellaire", tournant trois fois plus vite que le Soleil. La rotation a pour effet d’enrouler les lignes de champ, créant ainsi des tores magnétiques. © Benjamin Brown. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Using this new instrumental facility, a team of scientist has studied the magnetic field of the Sun-like star 18 Sco. This star is known to be the best solar twin among nearby stars. It is located 46 light-years away from us, in the Scorpio constellation. Its mass is identical to the Sun.s, as well as its luminosity and age (of about 4 giga years). The two objects are also similar in their rotation period (23 days for 18 Sco and 25 days for the Sun). The magnetic field of 18 Sco, unveiled by NARVAL observations, confirms its status of best solar twin with a magnetic geometry very similar to that of the Sun around the peak of its magnetic cycle (last observed around the year 2000).

Similar observations were then obtained for 3 other stars, almost identical to the Sun except their faster rotation (up to 3 times the solar value). It was therefore possible to use other stars to test the impact of a specific parameter (the rotation) on their magnetic field. These new observations have confirmed very recent theoretical studies, by demonstrating that stellar magnetic fields are deeply modified by fast rotation, with the magnetic poles (as observed on the Sun) progressively transformed into magnetic tores surrounding the star. These fast rotating stars look like magnetic spinning tops !

This first success tells us that various theories of the magnegtic Sun can now be confronted to the observation of solar twins. This new connection between theory and observation offers a new method to test magnetic models in a way that the Sun alone cannot offer.

NOTES (1) NARVAL was cofunded by France (Région Midi-Pyrénées, Ministère de la Recherche, Conseil Général des Hautes Pyrénées, INSU-CNRS) and the European Union (FEDER). (2) The Telescope Bernard Lyot (TBL) is financed by INSU-CNRS. See also : On the site of Observatoire Midi-Pyrénées : Connecter le Soleil aux étoiles : vers une solution àl’énigme magnétique solaire ? Press-release INSU-CNRS

Reference

Toroidal vs. poloidal magnetic fields in Sun-like stars : a rotation threshold P. Petit, B. Dintrans, S.K. Solanki, J.-F. Donati, M. Aurière, F. Lignières, J. Morin, F. Paletou, J. Ramirez, C. Catala, R. Fares : MNRAS, in press

Contact

Claude Catala (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013