Comme les autres projets ERC Synergy, 4D-STAR cible un problème scientifique parmi les plus ardus, impliquant plusieurs disciplines scientifiques (astronomie, physique théorique, mécanique des fluides, mathématiques appliquées et développement de codes numériques à haute performance).

Quel est le problème à résoudre ?

Les étoiles sont la source du rayonnement, de la chimie et de la vie dans l'Univers. Compte tenu de leur rôle de pierre angulaire de l'astrophysique, de nombreux efforts ont été consacrés à leur observation depuis le sol et l'espace. Dans ce cadre, l'astérosismologie spatiale, c'est-à-dire l'étude des séismes stellaires sur la base d'observations satellitaires, a révolutionné la connaissance de la structure interne, de l'évolution, de la dynamique et du magnétisme des étoiles. En effet, ces tremblements d'étoiles sont dus à des ondes qui les traversent et ces ondes permettent aux chercheurs de déduire les propriétés physiques et chimiques de leur intérieur.

Cependant, pour déduire des propriétés de base des étoiles, comme l'âge, la composition chimique ou l'énergie, les astrophysiciens s'appuient sur des modèles stellaires simplifiés unidimensionnels, décrivant les étoiles comme des sphères parfaites. Cette approche, qui néglige par exemple l'aplatissement dû à leur rotation, introduit des incertitudes majeures sur les âges stellaires pouvant atteindre 1000 % !

Quels objectifs scientifiques ?

Les données astérosismiques des missions spatiales CoRoT, Kepler et TESS, l'astrométrie de la mission spatiale Gaia et les données spectroscopiques, obtenues depuis le sol grâce à des instruments de haute précision pour l'ensemble du ciel, sont ou seront bientôt accessibles au public pour des millions d'étoiles de la Voie lactée et des galaxies les plus proches (Nuages de Magellan).

En s'appuyant sur cette « mine d'or », les chercheurs proposent, dans le cadre de 4D-STAR, un nouveau concept pour développer, mettre en œuvre et calibrer une théorie pour l'évolution stellaire dans trois dimensions spatiales et une dimension temporelle, tenant compte de :

• la rotation de l'étoile,
• de son magnétisme,
• des processus de transport de matière turbulents,
• des ondes sismiques tout au long de la vie des étoiles.

Ce modèle 3+1D prendra en compte l'impact de processus dynamiques agissant sur de courtes échelles de temps et de petites échelles spatiales, sur l'ensemble du cycle de vie stellaire (des millions ou milliards d'années). Il devra reproduire les propriétés mesurées de la rotation interne et du magnétisme stellaire et fournir des âges stellaires avec une précision de 10 %.

Le projet 4D-STAR s'inscrit dans le cadre de la future exploitation scientifique de la mission spatiale PLATO de l'ESA, à laquelle participe l'Irfu, ainsi que dans le développement du calcul haute performance au sein du CEA.