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61 Cyg A : First observation of a magnetic cycle of solar type

Astronomers have long wandered whether the characteristics of the Sun make it a particular object, or just a typical star among many others. After nine years of intensive observations, a team of scientists, including researchers of the IRAP (CNRS / Université Paul Sabatier), has discovered the first star whose magnetic field varies like that of the Sun : with an inversion of the polarity when the activity of the star is at its maximum, and with a magnetic geometry which simplifies at the approach to the minimum. This important discovery in the field of stellar physics will also improve the modeling of the processes occurring within the Sun, and lead to better understand the effects of its magnetic activity on Earth as well as on our various technologies. The star studied, 61 Cyg A, is located some eleven light-years from Earth, making it one of the closest neighbours of the Sun. These results show that its magnetic field becomes much more complex before each reversal, opening the way for new advances in the modeling of the processes at work within the Sun. This result is published online on October 6, 2016 in Astronomy & Astrophysics.

Depuis de nombreuses années, nous savons que la grande majorité, voire toutes les étoiles, sont actives – à des degrés divers, et que cette activité (détectable à travers les variations de luminosité des étoiles par exemple) résulte de leur champ magnétique. Le Soleil, l'étoile la plus proche de la Terre, ne fait pas exception : ses variations, tout au long du cycle magnétique de 22 ans, s'accompagnent de l'inversion de la polarité de son champ magnétique chaque onze ans. Les fluctuations solaires sont relativement faibles et plutôt lentes comparées à celles des étoiles magnétiquement actives connues, qui pour la plupart varient considérablement en terme de luminosité, sont le siège d'intenses et violentes éruptions stellaires, et dont la variabilité sur des durées de quelques mois à quelques années est beaucoup plus complexe que le cycle solaire. Pour cette raison, les astronomes se sont longtemps demandés si notre Soleil était particulier, ou si d'autres étoiles arboraient la même variabilité.

L'activité du Soleil est intrinsèquement liée à son champ magnétique, directement responsable de l'apparition de taches en surface ainsi que d'éruptions. Ce même champ alimente en outre le vent solaire, véritable flux de matière diffusé en continu dans l'espace. Sur une période de quelque vingt-deux ans, l'ensemble de ces caractéristiques varie, augmentant et diminuant régulièrement. Deux "périodes actives" sont ainsi entrecoupées de "minima solaires", plus calmes. Durant plus de quarante ans, les astronomes ont observé les étoiles proches, à la recherche d'un astre se comportant similairement à notre Soleil. Ces observations ont révélé l'existence d'étoiles dotées d'une semblable variabilité – décennale. La question de la concordance de cette variabilité et de l'inversion de champ magnétique est toutefois demeurée sans réponse.

L'avènement, voici une dizaine d'années, d'instruments dédiés baptisés "spectropolarimètres stellaires", a permis de cartographier les champs magnétiques d'étoiles proches de type Soleil. Grâce à cette nouvelle technologie, qui équipe le Télescope Bernard Lyot1 installé au Pic du Midi, les astronomes de l'équipe Bcool2 ont effectué le suivi observationnel d'un certain nombre d'étoiles proches, parmi lesquelles 61 Cyg A. De dimensions plus petites et de luminosité plus faible que celles du Soleil, cette étoile située dans la constellation septentrionale du Cygne est à peine visible à l'oeil nu.

Ces observations on révélé la grande similitude de 61 Cyg A et du Soleil. A la différence de ce dernier, 61 Cygni constitue un système binaire dont les deux composantes, 61 Cyg A et 61 Cyg B, sont de taille et de luminosité légèrement inférieures à celles du Soleil. En dépit de ces différences, 61 Cyg A arbore des variations d'activité qui coïncident avec les changements de polarité de son champ magnétique – ces changements surviennent tous les 7 ans, et la durée complète du cycle magnétique s'établit à 14 ans. En outre, le champ magnétique de 61 Cyg A se révèle d'autant plus complexe à l'approche de ces "inversions" (Figure 1). Ce comportement est parfaitement analogue à celui du Soleil. C'est la toute première fois qu'une telle similitude est observée.

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Figure 1 : Le réseau de lignes magnétiques de l’étoile 61 Cyg A. A gauche, une observation en juillet 2010 révèle un champ magnétique à la géométrie complexe, alors que l’étoile est proche de son maximum d’activité. A droite, une observation réalisée cinq années plus tard montre l’étoile à son minimum d’actrivité. Cette observation d’août 2015 montre une structure magnétique plus simple, de nature dipolaire, assez semblable dans sa géométrie au champ magnétique d’un simple barreau aimanté, ou à celui d’une planète comme la Terre. Cette évolution montre une similitude frappante avec le cycle solaire. Des animations sont disponibles ici pour 2010, et ici pour 2015.

"Les preuves observationnelles de l'existence d'une activité magnétique semblable à celle du Soleil au sein d'étoiles telle 61 Cyg A nous permettront de simuler, via des modèles informatiques, la création de champs magnétiques stellaires de type solaire, de mieux comprendre les processus dynamos à l’œuvre au sein des étoiles analogues au Soleil, et donc au sein du Soleil lui-même", précise Pascal Petit, chercheur à l’IRAP, l'un des co-auteurs de cette étude. Comprendre la façon dont les étoiles de type solaire génèrent leurs champs magnétiques et les effets de ces champs magnétiques sur l'évolution des planètes et le développement de la vie constitue l'un des thèmes clés de l'astrophysique moderne. L'étude des autres étoiles nous permettra par ailleurs de mieux comprendre les processus générateurs du champ magnétique solaire ainsi que son impact sur la technologie terrestre et embarquée. Le vent solaire et surtout les éjections de matière coronale produites par les éruptions solaires peuvent en effet avoir des répercutions importante sur Terre. Lorsque ces flots de plasma atteignent la Terre, ils produisent non seulement les aurores boréales et australes qui illuminent les nuits hivernales des régions polaires (Figure 2), mais ils peuvent également perturber les communications radio et les réseaux électriques au sol, ainsi qu’endommager les satellites voir menacer la santé des astronautes en orbite terrestre.

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Figure 2 : Aurore boréale au dessus de la lagune glaciaire de Jökulsárlón en Islande. Image en haute définition sur ce lien. Crédit: Julien Morin.

Notes

  1. Le TBL (Télescope Bernard Lyot) est opéré par l’IRAP / OMP, le CNRS / INSU et l’UFTMiP / UPS
  2. Plus d’information sur le projet BCool sur cette page web

Référence

  • Astronomy & Astrophysics, Boro Saikia et al. 2016, A&A, 594, A29

Contact IRAP

  • Pascal Petit - Tel : 05 61 33 28 28 - pascal.petitSPAMFILTER@irap.omp.eu
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