Proxima du Centaure

Comment Proxima du Centaure peut-elle produire des éruptions aussi puissantes ?

La masse de Proxima du Centaure ne représente qu’environ 12 % de celle du Soleil, et son rayon environ 14 %. Pourtant, une petite étoile n’est pas nécessairement calme. Dans presque tout l’intérieur de Proxima, le gaz chaud monte tandis que le gaz plus froid redescend. Ce mouvement, associé à la rotation de l’étoile, engendre un puissant champ magnétique. Lorsque l’énergie accumulée dans ce champ se libère soudainement, une éruption fait fortement augmenter le rayonnement ultraviolet, les rayons X et les ondes radio.

Proxima se trouve à environ 4,24 années-lumière du Soleil. C’est l’étoile la plus proche de nous après le Soleil lui-même. Elle est liée par gravité à Alpha du Centaure A et B, mais contrairement à ces deux étoiles proches du Soleil par leurs caractéristiques, Proxima est une naine rouge bien plus petite et moins lumineuse. Sa lumière totale indique une température de surface d’environ 2 900 K, soit près de 2 600 °C. Elle émet davantage d’énergie sous forme de lumière infrarouge invisible que de lumière visible.

• Environ 4,24 années-lumière Distance entre le Soleil et Proxima du Centaure
• Environ 12 % du Soleil Masse calculée à partir d’observations et de modèles stellaires
• Environ 14 % du Soleil Rayon calculé à partir d’observations et de modèles stellaires
• Environ 2 900 K Température de surface, soit près de 2 600 °C

Qu’est-ce qui distingue Proxima du Centaure du Soleil ?

Dans le Soleil, l’énergie produite au cœur se déplace vers l’extérieur de différentes manières selon les régions internes. Les modèles indiquent que, dans une étoile de très faible masse comme Proxima, la convection — la montée du gaz chaud et la descente du gaz plus froid — se produit dans la majeure partie de l’intérieur. Cette circulation mélange largement l’hydrogène dans l’étoile. Proxima ne vieillit donc pas de la même façon que le Soleil, qui consomme d’abord l’hydrogène de son cœur.

Une masse plus faible entraîne une température centrale plus basse et une fusion nucléaire plus lente pour transformer l’hydrogène en énergie. Proxima est bien moins lumineuse que le Soleil, mais elle consomme son combustible si lentement que les modèles lui prédisent une fusion de l’hydrogène beaucoup plus longue. L’Univers n’a qu’environ 13,8 milliards d’années, moins que cette durée prévue. Personne n’a donc encore observé directement la fin d’une telle naine rouge : elle n’est connue que par les modèles d’évolution stellaire.

Proxima met environ 90 jours à tourner sur elle-même, contre près de 25 jours pour le Soleil, mais son activité magnétique reste intense. Le gaz chaud à l’intérieur de l’étoile contient des particules chargées électriquement. Le mouvement de ce gaz et la rotation de l’étoile produisent ensemble un champ magnétique. À mesure que l’étoile tourne, les taches sombres et les régions brillantes de sa surface modifient aussi légèrement sa luminosité et les couleurs de sa lumière.

À quelle vitesse une éruption gagne-t-elle en intensité puis s’estompe-t-elle ?

En 2019, des scientifiques ont observé Proxima simultanément dans l’ultraviolet, la lumière visible et les ondes radio pendant environ 40 heures. Au sommet de l’éruption la plus intense de cette période, sa luminosité ultraviolette a brièvement atteint environ 14 000 fois son niveau habituel. Il s’agissait du pic très court d’une éruption, et non de la luminosité moyenne de l’étoile.

Même au cours d’une seule éruption, les différents types de lumière ne s’intensifient ni au même moment ni dans les mêmes proportions. L’ultraviolet et les rayons X renseignent sur le gaz chaud des régions externes de l’étoile, tandis que les ondes radio révèlent les électrons rapides et l’état du champ magnétique. Une seule lumière ne suffit pas à montrer toute l’énergie libérée ni tous les mouvements de particules : il faut donc observer plusieurs longueurs d’onde en même temps.

Proxima du Centaure est petite et habituellement peu lumineuse, mais elle peut produire une puissante éruption lorsque l’énergie magnétique accumulée se libère d’un seul coup.

Quel effet les éruptions ont-elles sur l’atmosphère des planètes proches ?

Proxima b et d tournent très près de leur étoile. Une éruption d’une intensité donnée peut donc les exposer à beaucoup plus d’ultraviolets et de rayons X que la Terre n’en reçoit du Soleil. La lumière très énergétique peut briser les molécules atmosphériques et modifier la nature et la quantité des gaz présents. Sur une longue durée, elle peut aussi aider une partie de l’atmosphère à s’échapper dans l’espace.

La présence de fortes éruptions ne permet toutefois pas de conclure immédiatement à l’absence d’atmosphère ou de vie. Le résultat dépend de leur fréquence, du nombre de particules reçues, de l’épaisseur initiale de l’atmosphère et des gaz qui la composent. Le champ magnétique de la planète et l’arrivée de nouveaux gaz depuis son intérieur peuvent également compter. Aucune atmosphère n’a encore été détectée directement autour des planètes de Proxima ; les études actuelles comparent donc leur évolution possible dans différentes conditions.

Le facteur d’environ 14 000 correspond à un bref maximum mesuré dans l’ultraviolet en 2019. Il ne signifie pas que l’étoile s’est intensifiée dans la même proportion à toutes les longueurs d’onde, y compris dans le visible, ni que cet état a duré longtemps.

Comment distinguer l’activité de l’étoile du signal d’une planète ?

La gravité d’une planète fait légèrement avancer et reculer Proxima. Ce mouvement produit d’infimes différences dans la lumière de l’étoile lorsqu’elle se rapproche de la Terre ou s’en éloigne. Mais les taches et les régions brillantes peuvent créer des différences semblables pendant la rotation de l’étoile. Les mesures effectuées au cours d’une éruption ne peuvent pas non plus être traitées exactement comme la lumière d’une étoile calme.

Les scientifiques comparent la vitesse mesurée de l’étoile, ses variations de luminosité et son activité magnétique dans plusieurs types de lumière. Une variation causée par une planète doit répéter la même période de façon stable pendant longtemps. Un signal qui change lorsque les taches ou les éruptions s’intensifient est attribué à l’activité stellaire et calculé séparément. C’est pourquoi Proxima b et d ont été contrôlées pendant de longues campagnes avec différents instruments.

1. Mesurer la lumière habituelle de l’étoile Relever sa température et sa composition, sa rotation et son niveau de référence d’activité magnétique.
2. Observer plusieurs lumières à la fois Suivre les différences d’une même éruption dans l’ultraviolet, le visible et les ondes radio.
3. Repérer les variations dues à la rotation Vérifier si les taches et les régions brillantes reviennent environ tous les 90 jours.
4. Chercher séparément la période d’une planète Vérifier si les cycles distincts de 11,2 et 5,12 jours se répètent avec plusieurs instruments.

Un télescope peut-il nous montrer la surface de Proxima ?

Sur les images de Hubble, Proxima du Centaure apparaît comme un point lumineux entouré de rayons, et non comme une surface stellaire ronde et résolue. Son disque réel est trop petit pour qu’une photographie montre l’emplacement d’une tache ou d’une éruption. Sa masse, son rayon, sa température et sa rotation sont calculés en associant les mesures de distance, de luminosité et de couleur de la lumière à des modèles stellaires.

Le nom « naine rouge » ne signifie pas non plus que l’on ait vu une surface nettement rouge. Il désigne une catégorie d’étoiles assez froides pour émettre davantage de lumière de grande longueur d’onde que le Soleil. L’illustration de cette page est une visualisation fondée sur des mesures, pas une photographie de la surface réelle.

Que peut encore nous apprendre l’observation d’une étoile aussi proche ?

Une distance de 4,24 années-lumière ne peut pas être parcourue rapidement par les engins actuels. Proxima paraît néanmoins plus lumineuse que des étoiles plus lointaines et se prête bien aux mesures répétées. Il est possible de compter les petites éruptions, de suivre les changements à long terme de la rotation et de l’activité magnétique, et de mesurer à quel point les planètes font osciller l’étoile. Ces données montrent comment l’activité des petites naines rouges peut gêner la recherche de planètes et influer sur l’atmosphère des mondes voisins.

Sources

• NASA Science — Proxima Centauri
• NASA — Alpha Centauri: A Triple Star System
• ESA — Proxima Centauri, Our Nearest Neighbour
• NASA Science — Neighboring Star’s Bad Behavior
• NASA Science — Puny Stars Pack a Big Punch
• Astronomy & Astrophysics — Proxima Centauri Stellar Parameters
• Astronomy & Astrophysics — Proxima Centauri with NIRPS