Comme la Terre, le Soleil possède un champ magnétique à sa surface. Celui-ci est généré par un « effet dynamo » dû aux mouvements de convection et de rotation d'un fluide conducteur dans l'enveloppe stellaire.
Dans environ 5,5 milliards d'années, notre astre aura converti tout l'hydrogène de son cœur nucléaire en hélium et deviendra instable. Son cœur se contractera jusqu'à ce que les atomes d'hélium fusionnent à leur tour, libérant une grande quantité d'énergie qui dilatera les couches externes de l'étoile. Le Soleil deviendra alors une géante rouge, avec un diamètre atteignant l'orbite de Vénus et une luminosité jusqu'à 2 000 fois plus élevée qu'aujourd'hui.
Comment évoluera le champ magnétique solaire, une fois que l'enveloppe sera devenue gigantesque et que les mouvements de rotation de la matière en son sein seront fortement ralentis ?
Pollux, un jumeau de notre Soleil en fin de vie
Pour le savoir, des chercheurs de l'Irfu, de l'Université de Montpellier et du CNRS ont choisi d'étudier l'étoile Pollux, qui a tout juste atteint le stade de géante rouge, et qui est bien connue en raison de sa proximité avec nous et de sa grande luminosité. Sa masse est 2,5 fois supérieure à celle du Soleil et son rayon près de 9 fois plus grand. Or le champ magnétique à sa surface mesuré par spectropolarimétrie (par l'Irap) ne dépasse pas un gauss (le double du champ magnétique terrestre) et il est probablement l'un des plus faibles jamais détectés sur une étoile.
Pour comprendre les processus siégeant dans l'enveloppe convective étendue des géantes, les astrophysiciens ont réalisé une série de simulations magnéto-hydrodynamiques 3D de Pollux, grâce aux supercalculateurs Genci du TGCC et de l'Idris.
- Le champ magnétique déduit des simulations numériques est comparable aux très faibles valeurs mesurées à la surface de Pollux.
- Sa géométrie et son intensité dépendent directement de la taille des cellules de convection. De petites cellules produisent un champ magnétique plus faible et complexe, structuré à petite échelle. Cela s'explique par une corrélation moins efficace entre les structures convectives et magnétiques, quand l'enveloppe convective de l'étoile devient très grande. Ce phénomène limite la puissance du champ magnétique global.
Un nouveau mécanisme de dynamo pour Pollux
Les chercheurs estiment qu'entre 2 et 8 % de l'énergie cinétique à l'intérieur de l'enveloppe stellaire sont convertis en énergie magnétique. La découverte d'un tel mécanisme de dynamo dans des simulations 3D turbulentes d'étoiles géantes est une première mondiale.
Les scientifiques montrent également que le champ magnétique de Pollux, comme celui du Soleil, inverserait sa polarité avec un cycle de plusieurs années. Cette hypothèse pourrait être confirmée par des observations sur une période plus longue que celle associée aux données actuelles (quatre ans).
Enfin, comme l'activité magnétique à la surface de l'étoile est associée à des variations de luminosité qui compliquent la détection d'exoplanètes, cette étude contribue à préparation de la future mission spatiale de recherche d'exoplanètes de l'ESA, Plato, à laquelle participent l'Irfu, l'Université de Montpellier et le CNRS.
Lire l'actualité du CNRS.