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Un Soleil jeune montre qu’un champ magnétique a été un ingrédient critique pour le développement de la vie sur Terre

publié le , mis à jour le

Il y a un presque quatre milliards d’années, la vie faisait son apparition sur Terre. La vie est apparue parce que notre planète réunissait les conditions favorables : une surface rocheuse, de l’eau à l’état liquide, et une atmosphère protectrice. Mais si la vie a pu se développer, c’est aussi grâce à un autre ingrédient indispensable : la protection d’un bouclier magnétique. Une nouvelle étude de l’étoile kappa Ceti, analogue au Soleil jeune, montre que la présence d’un champ magnétique est cruciale pour que la vie puisse potentiellement se développer sur une planète, en la mettant à l’abri des colères de sa jeune étoile. Ces résultats co-signés par Julien Morin du LUPM sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters.

Kappa Ceti, située à 30 années-lumières dans la constellation de la Baleine (Cetus en latin), est considérée comme une quasi-jumelle du Soleil jeune. L’équipe déduit un âge de seulement 400 à 600 millions d’années, ce qui correspond approximativement à l’âge du Soleil lorsque la vie est apparue sur Terre.

L’étoile kappa Ceti constitue ainsi un laboratoire idéal pour étudier l’histoire précoce du système solaire et les conditions dans lesquelles des formes de vie ont pu émerger. Le niveau d’activité magnétique de kappa Ceti est élevé, comme celui de toutes les étoiles similaires au Soleil durant les premières centaines de millions d’années de leur existence. Ainsi, sa surface est couverte de taches, similaires aux taches solaires mais plus nombreuses et de plus grandes dimensions.

Par ailleurs, kappa Ceti émet un flot continu de particules chargées dans l’espace. Les modèles numériques de l’équipe à l’origine de l’étude indiquent que du fait de l’activité magnétique de l’étoile, ce vent stellaire est 50 fois plus intense que le vent solaire.

Vue d'artiste de kappa Ceti et d'une planète soumise à son intense vent stellaire. Crédit : M. Weiss/CfA.
Vue d’artiste de kappa Ceti et d’une planète soumise à son intense vent stellaire. Crédit : M. Weiss/CfA.
Dans cette vue d’artiste, l’analogue du Soleil jeune Kappa Ceti est constellée de grande taches, signatures de son intense activité magnétique. Cette nouvelle étude montre que son vent stellaire est 50 fois plus intense que le vent solaire actuel. En conséquence, une planète similaire à la jeune Terre aurait besoin d’un champ magnétique pour protéger son atmosphère et assurer son habitabilité. Les tailles physiques de l’étoile et de la planète, ainsi que leur séparation, ne sont pas à l’échelle. Crédit : M. Weiss/CfA.

Un vent d’une telle puissance éroderait très efficacement l’atmosphère d’une planète qui ne serait pas protégée par un champ magnétique suffisamment fort. Sans cette coquille magnétique, une planète finirait par perdre presque totalement son atmosphère.

C’est le sort que la planète Mars a subi dans notre système solaire : d’un monde abritant de vastes océans, elle s’est transformée en un immense désert froid et aride.

Le télescope Bernard Lyot à l'observatoire du Pic du Midi. Crédit : Pascal Petit.
Le télescope Bernard Lyot à l’observatoire du Pic du Midi. Crédit : Pascal Petit.
Les observations obtenues avec le télescope Bernard Lyot à l’Observatoire du Pic du Midi ont permis de cartographier le champ magnétique de surface de Kappa Ceti, et de modéliser son violent vent stellaire. Crédit : Pascal Petit.
Pascal Petit

À partir de mesures spectropolarimétriques réalisées au Pic du Midi dans le cadre de la collaboration Bcool, l’équipe a pu cartographier le champ magnétique à la surface de kappa Ceti. Cette mesure a ensuite été utilisée pour modéliser le vent magnétique intense émit par kappa Ceti et son effet sur une jeune Terre.

On pense que le champ magnétique de la Terre primitive était d’une intensité similaire à aujourd’hui, voire légèrement moins fort. En fonction de la valeur précise supposée du champ magnétique de cette jeune planète, les chercheurs concluent que la région à l’abri du vent stellaire – la magnétosphère planétaire – aurait une taille comprise entre le tiers et la moitié de la magnétosphère terrestre actuelle - une protection inférieure à celle que nous connaissons aujourd’hui, mais suffisante pour le développement de la vie.

Modélisation numérique de l'environnment magnétique de kappa Ceti. Crédit : Aline Vidotto.
Modélisation numérique de l’environnment magnétique de kappa Ceti. Crédit : Aline Vidotto.
Ce modèle informatique montre les lignes de champ magnétique qui se déploient autour de la surface stellaire. Cette jeune étoile propulse un vent 50 fois plus fort que le vent solaire actuel. Crédit : Aline Vidotto.
Aline Vidotto

Kappa Ceti est également l’une des étoiles soupçonnées de produire des super-éruption magnétiques – des phénomènes extrêmes capables de libérer une énergie bien supérieure aux éruptions les plus intenses jamais observées sur le Soleil.

Des éruptions aussi énergétiques pourraient dépouiller des planètes de leur atmosphère. En étudiant kappa Ceti, les astrophysiciens espèrent pouvoir quantifier la fréquence de ces super-éruptions, et ainsi savoir à quel point le Soleil jeune a pu menacer la Terre primitive et la vie naissante.

Les travaux présentés ici impliquent des chercheurs de Toulouse, Montpellier et Grenoble. Ils sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters et consultables en ligne à : http://arxiv.org/pdf/1603.03937v1.pdf.

Contacts :

  • Pascal Petit, IRAP, CNRS & Université de Toulouse (pascal.petit@irap.omp.eu)
  • Julien Morin, LUPM, CNRS & Université de Montpellier (julien.morin@umontpellier.fr)
  • Colin Folsom, IPAG, CNRS & Université de Grenoble (colin.folsom@univ-grenoble-alpes.fr)