Caractériser les étoiles nécessite la maîtrise de plusieurs techniques. Pour calculer leur masse, il suffit de regarder la période orbitale et de faire un peu d’algèbre. Analyser le spectre de la lumière permet également de déterminer leur composition. Concernant l’âge, c’est beaucoup plus compliqué, car ce paramètre ne peut être mesuré directement. Il existe aujourd’hui trois techniques complémentaires pour y parvenir.
Les diagrammes de Hertzsprung-Russell
Tout comme nous, les étoiles naissent, vivent et meurent. Cependant, ces cycles ne sont pas « gravés dans le marbre ». Selon leur masse, certaines atteignent en effet ces différents points à différents moments. Par exemple, les plus massives meurent jeunes, tandis que les moins massives peuvent brûler pendant des milliards d’années.
Au début du 20e siècle, deux astronomes (Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell) ont indépendamment eu l’idée de tracer la température des étoiles en fonction de leur luminosité. Les schémas sur ces diagrammes correspondaient alors au moment où se trouvaient différents objets dans leur cycle de vie.
Aujourd’hui, les astrophysiciens utilisent encore ces schémas pour déterminer l’âge des amas à l’intérieur desquels toutes les étoiles se forment en même temps. Cependant, si cette méthode est assez efficace pour les amas, elle devient un peu trop approximative pour les objets individuels.
Leur taux de rotation
Dans les années 1970, on a découvert que les étoiles des amas plus jeunes tournent plus vite que les étoiles des amas plus anciens. L’astronome Andrew Skumanich a utilisé à l’époque le taux de rotation et l’activité de surface d’une étoile pour proposer une équation simple permettant d’estimer l’âge d’une étoile : Taux de rotation = (Age) -½.
Cette méthode a permis d’estimer avec une relative précision l’âge des étoiles individuelles pendant plusieurs décennies. Cependant, il y a quelques années, on a remarqué que certaines étoiles ralentissent moins vite que prévu lorsqu’elles atteignent un certain âge. Point intéressant : cet âge correspond à peu près à celui du Soleil actuel.
De nos jours, cette méthode reste donc la référence pour les étoiles plus jeunes que le Soleil. Pour les étoiles plus anciennes, les astrophysiciens se tournent vers une autre méthode.
La sismologie stellaire
Ainsi, nous savons depuis peu que les étoiles plus vieilles que le Soleil ne se comportent pas en accord avec une loi dite de gyrochronologie, mentionnée plus haut, qui relie les vitesses de rotation sur eux-mêmes de ces objets avec leur âge. Pour les autres, on fait appel à la « sismologie ».
Analyser le son que produit un objet pour déterminer sa structure interne est une technique couramment employée dans de nombreux domaines. Les géologues étudient par exemple la propagation des ondes acoustiques engendrées par les séismes pour sonder l’intérieur de la Terre. Dans ce cas de figure, l’analyse des temps de parcours de ces ondes renseigne les chercheurs sur les différentes couches traversées.
Il en est de même avec les étoiles. Ces objets ne sont en effet pas statiques : ils vibrent en permanence, alimentés par divers processus en cours dans leurs entrailles. Ces infimes oscillations entraînent alors des changements subtils de luminosité en surface. En les analysant, les astronomes peuvent ainsi avoir un aperçu de leur structure interne. À son tour, l’analyse de la structure interne d’une étoile permet de déterminer son âge avec une précision relative. On parle alors d’asterosismologie.
Cette technique, très complexe, nécessite cependant de très longues observations d’un seul et même objet, ce qu’avait rendu possible le chasseur d’exoplanètes Kepler il y a quelques années. Depuis, cette méthode est principalement utilisée pour estimer l’âge des étoiles plus anciennes que le Soleil.
