Première détection des ondes de gravité dans des ''chandelles'' de l'Univers

Résultat scientifique Photonique

Grâce à un photomètre robotisé installé au cœur de l'Antarctique, Merieme Chadid, astrophysicienne au laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux, a pour la première fois détecté les ondes de gravité produites par les oscillations d'étoiles du type RR Lyrae. Un résultat prometteur pour une avancée de la théorie de l'évolution des étoiles, et une meilleure compréhension de l'Univers.

Les étoiles RR Lyrae - des chandelles1 de l'Univers - présentent des oscillations à leur surface, responsables des pulsations de l'éclat de l'étoile que l'on peut observer et mesurer depuis la Terre. Ces pulsations existent selon deux types de modes : des modes de pression, liés aux réactions thermonucléaires à l'intérieur de l'étoile, et des modes de gravité dus à la masse de l’étoile, soumis à la poussée d’Archimède. Analyser complètement ces différents modes permettrait de comprendre la structure de l'étoile et la dynamique de son évolution. Malheureusement, jusqu'à maintenant, la détection des modes de gravité, piégés à l'intérieur de l'astre, restait impossible.

C'est cette lacune que vient de combler l'astrophysicienne Merieme Chadid, au laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux, (ARTEMIS, CNRS/Université Côte d'Azur), en mesurant pour la première fois les ondes de gravité d'étoiles du type RR Lyrae. Les résultats sont publiés dans la revue américaine The AstroPhysical Journal.

Pour réaliser ces mesures, Merieme Chadid a développé2 le photomètre PAIX (Photometer AntarctIca eXtinction), installé sur le plus haut plateau de l'Antarctique, pour une campagne continue de mesures durant six mois de nuit polaire. PAIX a la particularité d'être un photomètre multi-couleurs, qui permet d'établir les courbes de lumière de l'étoile en fonction du temps sur un spectre de longueurs d'onde. Il est conçu pour endurer des conditions extrêmes (jusqu'à -80°C), et son fonctionnement robotisé permet de l'actionner à distance.

En analysant les fréquences des signaux enregistrés, afin de détecter les différents phénomènes récurrents dans l'étoile, l’astrophysicienne a mis en évidence les hautes fréquences des ondes de pression, mais aussi des basses fréquences caractéristiques des ondes de gravité recherchés.

Les astrophysiciens disposent ainsi d'une nouvelle technique d'exploration pour étudier les astres, afin d'élucider, par exemple, des phénomènes de modulation cyclique de l'éclat d'une étoile, connus parfois depuis plus d'un siècle mais dont l'origine physique reste encore une énigme. Le nouvel instrument devrait favoriser des avancées dans la théorie de l'évolution stellaire, et plus généralement dans la connaissance de l'Univers.

Merieme Chadid à côté du photomètre PAIX, installé dans l'Antarctique © M. Chadid
Merieme Chadid à côté du photomètre PAIX, installé dans l'Antarctique
© M. Chadid

Références :

Detection of Gravity Modes in RR Lyrae Stars
Merieme Chadid
The Astrophysical Journal, 925:114 (11pp), 2022 February 1
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac37c0
Article disponible sur les bases d’archives ouvertes
HAL et arxiv

  • 1Une chandelle standard est un objet astronomique qui a une luminosité connue. Plusieurs méthodes permettent de déterminer les distances en astronomie extragalactique et en cosmologie sont basées sur des chandelles standard.
  • 2Le photomètre PAIX a été développé par Merieme Chadid, dans le cadre d’une collaboration internationale très large sur plus d’une décennie, grâce particulièrement à la Force Aérienne des États-Unis, le Bureau Européen d’Aérospatiale, l’Agence Nationale de la Recherche, l’Académie Chinoise des Sciences et l’Observatoire Astronomique de Chine.

Contact

Merieme Chadid
Astrophysicienne à l’observatoire de la Côte d’Azur, Laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie, instrumentation, signaux (ARTEMIS, CNRS/UCA)
Communication INSIS