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Résultat scientifique

Surveillez les champs magnétiques stellaires : ils sont changeants

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Le cycle d’activité solaire de 11 ans est un phénomène bien connu, au cours duquel l’intensité du champ magnétique du Soleil varie et ses polarités s’inversent. Au cours des 30 dernières années, les astronomes ont identifié un comportement similaire pour plusieurs étoiles semblables au Soleil. Mais jusqu’à présent, aucune inversion de polarités magnétiques n’a été observée pour leurs homologues plus froides, les étoiles naines rouges. 

Une équipe internationale incluant des scientifiques du CNRS (voir encadré) vient de montrer que le champ magnétique de la naine rouge extrêmement active AD Leonis pourrait s’approcher d’un renversement de polarités. Ces données ont été obtenues à l’aide des instruments ESPaDOnS1 et SPIRou2 au Télescope Canada-France-Hawaii (TCFH) ainsi que NARVAL3 au Télescope Bernard Lyot (TBL). 

AD Leonis est une étoile naine rouge notoirement active, qui possède un champ magnétique environ 1000 fois plus intense que celui du Soleil. Bien que des indices de cycles d’activité existent, on ne sait pas encore si les naines rouges peuvent présenter des cycles magnétiques.

AD Leonis a été observée depuis 2006 avec les instruments ESPaDOnS et NARVAL, et depuis 2019 avec SPIRou. L’étude menée par Stefano Bellotti, doctorant à l’IRAP, montre que non seulement l’intensité du champ magnétique diminue continûment sur cette période, mais également que les pôles magnétiques de l’étoile ont commencé à basculer. Bien qu’une inversion de polarités n’ait pas eu lieu pendant les observations SPIRou, ces résultats indiquent que les naines rouges comme AD Leonis pourraient subir des cycles magnétiques, comme le Soleil. 

Ce résultat permet donc de mieux comprendre la génération du champ magnétique des étoiles plus froides que le Soleil. En outre, l’étude du champ magnétique des naines rouges ‒ cibles privilégiées pour la détection d’exoplanètes rocheuses semblables à la Terre ‒ est essentielle pour comprendre l’environnement spatial dans lequel les exoplanètes rocheuses orbitent. 

Le système optique du spectrographe SPIRou dans la salle blanche de l’IRAP/OMP à Toulouse. Crédit : S. Chastanet – Service communication OMP.
1. Le spectropolarimètre stellaire de nouvelle génération ESPaDOnS est un projet financé dans le cadre d'un partenariat entre la France (CNRS/INSU, Ministère de la Recherche, LATT - Observatoire Midi Pyrénées, Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique - Observatoire de Paris), le Canada (NSERC), le Télescope Canada-France-Hawaii et l'ESA (ESTEC/RSSD).
2. SPIRou est à la fois un spectropolarimètre et un velocimètre de haute précision fonctionnant dans le proche IR (0.98-2.35µm). SPIRou est un projet international, géré par un consortium réparti sur France, Canada, Suisse, Taiwan, Portugal, Brésil et Hawaii. Coté français 4 laboratoires sont impliqués au niveau technique : IRAP (Toulouse), IPAG (Grenoble), OHP/LAM (Marseille) et LESIA (Meudon).
3. Comme son jumeau ESPaDOnS, NARVAL est spectropolarimètre stellaire, développé au sein de l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP – CNES/CNRS/Météo France/IRD/UT3 Paul Sabatier), par les équipes scientifiques et techniques de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap/OMP – CNRS / CNES / UT3 Paul Sabatier), du Télescope Bernard Lyot (TBL) et les services communs de l’OMP.

L’érosion des sols amplifiée par les activités humaines

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L’érosion des sols constitue une menace mondiale majeure touchant des milliards de personnes, en particulier dans les régions en développement. Alors que la crise environnementale s’aggrave, cette menace systémique pourrait encore augmenter, accentuant les vulnérabilités socio-économiques et environnementales de nombreux pays. Les activités humaines n’altèrent peut-être pas les mécanismes fondamentaux de l’érosion, mais elles en modifient significativement la vitesse, la fréquence et l’intensité. Dans ce contexte, la région de Brasília et la savane du Cerrado offrent un laboratoire naturel essentiel, non seulement en raison de la nécessité urgente de préserver cet écosystème fragile, mais aussi en raison des tensions entre la conservation de la nature et le développement humain.

Cette étude vise à mesurer les taux de processus naturels, notamment la dénudation et l’abaissement de la surface, qui façonnent l’évolution du paysage au centre du Brésil sur une longue période (103-106 ans), et à les comparer aux taux d’érosion accélérée par l’homme près de la capitale Brasília, au cours des dernières décennies. Pour ce faire, une approche multidisciplinaire combinant des nucléides cosmogéniques produits in situ (10Be et 21Ne) et atmosphériques (10Be), des radionucléides environnementaux à courte durée de vie (210Pb, 137Cs) ainsi que des modèles de perte de sol par érosion hydrique (RUSLE) a été mise en place. Cette approche a permis de comparer des zones naturelles (plateau couvert de Cerrado dans le parc national de Brasília) avec des terres altérées par les activités humaines (plateau déboisé en dehors du parc).

À travers une étude novatrice dans la région de Brasília, cette recherche démontre comment des activités agricoles récentes perturbent les processus géomorphologiques naturels, lentement établis au cours des dernières dizaines à centaine de milliers d’années, provoquant des taux d’érosion 160 fois plus élevés et mettant en péril la durabilité de la ressource sol. Bien que les estimations aient une certaine limitation spatiale, elles devraient contribuer à façonner des politiques de conservation efficaces pour le Cerrado brésilien et à renforcer la prise de conscience environnementale nécessaire en réponse à la crise actuelle.

Crédit : Siame et al.
Crédit : Siame et al.

 

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lerosion-des-sols-amplifiee-par-les-activites-humaines

Les grandes failles de Californie sont lisses à la profondeur où se produisent les séismes

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La relocalisation précise des séismes montre des failles présentant des surfaces lisses, planes ou arquées, sur des échelles allant de quelques centaines de mètres à quelques dizaines de kilomètres et ce, à la profondeur sismogène. Cette régularité peut jouer un rôle crucial dans la genèse des grands séismes, et peut transformer notre compréhension de la physique de la rupture et des risques sismiques.

Le comportement physique des failles, et les risques sismiques qui en découlent, dépendent fortement de leur caractère rugueux ou lisse à la profondeur ou l’énergie est libérée lors des tremblements de terre. À cette profondeur d’environ 4-15 km en Californie, la localisation des séismes a suggéré que les failles sont irrégulières aux échelles supérieures au kilomètre. De plus, le tracé des failles cartographiées en surface est aussi généralement complexe et présente des décalages à toutes les échelles. Ceci amène à supposer une forte rugosité des failles majeures en profondeur, la rupture d’un grand séisme reviendrait donc à essayer de faire glisser deux boites à œufs le long de leurs côtés bosselés.

Les auteurs dont un chercheur du CNRS-INSU (voir encadré), appliquent une nouvelle procédure de localisation des séismes à de grandes séquences de tremblements de terre et à la microsismicité le long de failles décrochantes en Californie. Cette méthode multi-échelle permet de corriger certains effets de distorsion et la relocalisation des séismes révèlent que les surfaces de failles sont lisses en profondeur, planes ou arquées sur des échelles allant de quelques centaines de mètres à quelques dizaines de kilomètres. Les scientifiques démontrent donc que la rupture sismique ressemble davantage à des boites à œufs glissant sur leurs côtés lisses, et ceci a des conséquences évidentes. La présence en profondeur de surfaces lisses à plusieurs échelles dans les zones de failles décrochantes majeures peut influencer l’initiation, la rupture, la direction et l’arrêt des ruptures sismiques, et ces failles lisses sont peut-être même nécessaires pour que de grands tremblements de terre se produisent. Ces résultats peuvent aider à cartographier l’aléa sismique et viennent renforcer les travaux récents sur les ruptures en surface. Ces travaux montrent que les ruptures en surface reflètent en grande partie des déformations secondaires peu profondes et souvent complexes, et non les surfaces de glissement sismique actives en profondeur.

Les tectites de Côte d’Ivoire, un trésor scientifique en territoire aurifère

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Les tectites sont des verres d’impact qui sont éjectés à plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres lors d’un impact météoritique. Ces objets sont rares et recherchés par les scientifiques qui s’intéressent aux crises environnementales lors des collisions d’astéroïdes avec notre planète. Une étude, réalisée dans le cadre d’une coopération internationale1 qui inclue des scientifiques du CNRS-INSU (voir encadré), révèle des nouvelles découvertes au sein du champ de tectites le moins connu au monde situé en Côte d’Ivoire. Découvert en 1935, ce patrimoine scientifique exceptionnel était resté inexploré depuis les années 60 et seulement une petite centaine de spécimen étaient répertoriés dans le monde.

Un doctorant Ivorien, Pétanki SORO, a repris le flambeau des explorateurs du passé, et a effectué 6 missions de terrains dans le centre-est de la Côte d’ivoire. Cette exploration a permis la découverte de 174 nouveaux spécimens, tout en révélant que le champ de tectites s’étend au moins sur 4100 km2 au lieu des 1500 km2 délimités par les travaux passés. Certains de ces spécimens s’avèrent de composition chimique hors norme et leur étude permettra de mieux comprendre le processus de formation des tectites.

L’essentiel de ces tectites a été retrouvée auprès des villageois, ces objets étant parfois conservés par leur propriétaire depuis des dizaines d’années, tandis que le souvenir des missions d’exploration passées était encore présent parmi les plus anciens. L’exploration se déroule dans un territoire affecté par une activité minière artisanale dédiée à la recherche de l’or. Les artisans miniers, ainsi que les agriculteurs, ont donc été informés de la nature de ces objets au cours de rencontres avec les autorités villageoises, ce qui a permis ensuite de récupérer, sur une période de quatre ans, un grand nombre de spécimens.

1. Universités Houphouët-Boigny d’Abidjan, d’Aix-Marseille et l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD).

Le rôle primordial de Saturne dans la formation des lunes de Jupiter

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Jupiter possède quatre satellites massifs (Io, Europe, Ganymède et Callisto) qui sont supposés s’être formés dans un disque gazeux autour de Jupiter, de manière analogue aux planètes du système solaire autour du Soleil. A ce jour, la question de l’origine des satellites n’est toujours pas résolue. Une étude menée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) montre que la formation de Saturne a permis d’implanter une quantité considérable de planétésimaux dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation de quatre lunes massives. L’étude montre par ailleurs que certains planétésimaux dispersés par Saturne se sont également retrouvés implantés dans la ceinture principale d’astéroïdes, expliquant ainsi pourquoi beaucoup d’entre eux sont riches en glace.

Dans les derniers instants de sa formation, une planète géante telle que Jupiter est assez massive pour nettoyer son orbite et creuser un sillon dans le gaz de la nébuleuse protosolaire. Dans ce contexte, il est difficile d’expliquer la formation de lunes massives comme les satellites Galiléens car le disque entourant Jupiter se trouve privé des principales sources d’approvisionnement en matériaux solides qui sont nécessaires à la construction des lunes.

Dans une étude à paraître dans The Astronomical Journal, une équipe franco-américaine menée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) montre que la formation de Saturne a joué un rôle crucial dans l’apport de corps solides dans le disque entourant Jupiter, permettant ainsi la formation des satellites Galiléens. A partir de simulations numériques, ces chercheurs ont montré que Saturne disperse les planétésimaux 1 qui l’entourent, et que certains d’entre eux sont finalement capturés dans le disque entourant Jupiter. Les simulations révèlent également que des planétésimaux sont envoyés vers le système solaire interne, dans la région deformation des planètes telluriques et la ceinture d’astéroïdes. Ces objets ont donc pu jouer un rôle dans l’apport d’eau sur Terre et expliqueraient la présence de certains astéroïdes riches en eau dans la ceinture principale sans pour autant invoquer une migration importante de Jupiter.

Si le scénario proposé s’avère correct, les satellites Galiléens pourraient posséder des signatures isotopiques semblables à celles de certaines météorites primitives collectées sur Terre et qui pourraient être mesurées par de futures missions d’exploration du système jovien telles que la mission JUICE de l’ESA ou Europa-Clipper de la NASA. Une autre implication importante de ce scénario est que la présence de satellites massifs autour d’une planète serait liée à l’existence d’autres planètes dans le système, une donnée importante à prendre en compte dans la recherche d’analogues aux Galiléens dans les systèmes extrasolaires.

1. Astéroïdes primordiaux à partir desquels les corps du système solaire se sont formés.

Mercure, le cas particulier du système solaire, ne serait pas un cas unique !

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Une équipe internationale d’astronomes pilotée par un chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) dévoile pour la première fois une planète extrasolaire dont la structure serait très proche de celle de Mercure – le cas particulier toujours inexpliqué du système solaire. C’est en utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA et du télescope HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili que cette équipe a pu faire cette étonnante découverte dont les détails sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 26 mars 2018.

La structure interne de Mercure reste un mystère pour les astronomes. En effet, contrairement à Vénus, la Terre et Mars, Mercure est composée pour 70% de son noyau et 30% de son manteau. Des proportions quasiment inverses à celle des autres planètes telluriques du système solaire. Jusqu’à ce jour aucune autre planète connue ne présentait des caractéristiques similaires.

En utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA – qui permet de mesurer le rayon des planètes – et du spectrographe HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO – qui permet de mesurer leur masse- une équipe d’astronomes vient de mettre à jour une planète dont la structure interne semble bien être très proche de celle de Mercure.

Cette planète appelée K2 229 b, aussi surnommée « Freddy » par l’équipe, orbite autour de son étoile en 14 heures et a une masse d’environ 2,6 masses terrestres. « A partir de sa masse et son rayon, grâce au modèle de structure interne développé au LAM, nous sommes aujourd’hui en mesure de déterminer sa composition » explique Alexandre Santerne, premier auteur de l’article scientifique, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université).

« Selon nos calculs « Freddy » est une planète extrêmement dense. C’est une planète bien plus grosse que Mercure dont la structure interne présente des similitudes avec un noyau très volumineux et un fin manteau » précise Bastien Burgger, un des auteurs de l’article, doctorant au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université « Fait étrange, d’après la composition chimique de son étoile, très semblable au Soleil, on s’attendait à ce que sa composition soit comme celle de la Terre. »

En étudiant cette planète et son environnement, les astronomes vont essayer de comprendre le scénario qui a conduit à sa formation et donc peut être aussi de mieux comprendre comment Mercure a pu se former.

A la veille du lancement de la mission spatiale de l’ESA Bepi Colombo, dont l’objectif sera d’étudier Mercure en détail, cette découverte vient encore renforcer la conviction des scientifiques que l’étude des systèmes exoplanètaires peut considérablement les aider à comprendre comment notre système solaire s’est formé. Ils pourront ainsi probablement prochainement croiser les données fournies par Bepi Colombo avec ce qu’ils connaitront de Freddy.