Minimum de Maunder

Le funk solaire du 17ème siècle était-il une rareté ?

Par Robert Sanders

BERKELEY ? Un mystérieux funk solaire du 17e siècle, que certains ont lié au petit âge glaciaire de l’Europe et au changement climatique mondial, devient encore plus une énigme à la suite de nouvelles observations faites par des astronomes de l’Université de Californie, Berkeley.

Pendant 70 ans, de 1645 à 1714, les premiers astronomes ont signalé une activité presque nulle des taches solaires. Le nombre de taches solaires – des zones plus froides sur le soleil qui apparaissent sombres par rapport à l’environnement plus lumineux – a été multiplié par mille, selon certaines estimations. Bien que l’activité sur le soleil fluctue aujourd’hui selon un cycle de 11 ans, elle n’a jamais été aussi calme depuis.

Depuis 1976, lorsqu’il a été souligné que cette longue période de faible activité des taches solaires, appelée minimum de Maunder, coïncidait avec la partie la plus froide du petit âge glaciaire en Europe et en Amérique du Nord, les astronomes ont recherché des étoiles proches semblables au soleil pour trouver des exemples de minima stellaires. Ils ont espéré déterminer la fréquence de tels minima et prédire le prochain minimum solaire – et peut-être la prochaine période de refroidissement global.

Maintenant, les données d’un groupe d’astronomes de l’UC Berkeley jettent un doute sur les centaines d’étoiles que l’on pensait être des exemples de minima stellaires analogues à la période calme que le soleil a connue il y a 300 ans.

Dans un poster qui sera présenté lundi 31 mai, lors de la réunion de Denver de l’American Astronomical Society, Jason Wright, étudiant diplômé de l’UC Berkeley, montre que presque toutes les étoiles supposées semblables au soleil et présentant une activité minimale sont, en fait, beaucoup plus brillantes que le soleil et significativement différentes de celui-ci et ne sont donc pas des exemples de minima de Maunder. Ces résultats remettent en question toutes les études qui utilisent ces étoiles pour faire des déductions sur la propre activité du soleil et les futurs minima, a déclaré Wright.

« Les études d’étoiles trouvent généralement que 10 à 15 pour cent de toutes les étoiles semblables au soleil sont dans un état inactif comme le minimum de Maunder, ce qui indiquerait que le soleil passe environ 10 pour cent de son temps dans cet état », a déclaré Wright. « Mais notre étude montre que la grande majorité des étoiles identifiées comme des minimums de Maunder sont bien au-dessus de la séquence principale, ce qui signifie qu’elles ne sont pas du tout semblables au soleil, mais sont soit des étoiles évoluées, soit des étoiles riches en métaux comme le fer et le nickel. A ce jour, nous n’avons trouvé aucune étoile qui soit sans ambiguïté une étoile minimale de Maunder ».

« Nous pensions savoir comment détecter les étoiles minimales de Maunder, mais ce n’est pas le cas », a-t-il ajouté.

La séquence principale est une région où les étoiles normales, à combustion constante, se regroupent lorsqu’elles sont tracées sur un graphique de la couleur par rapport à la luminosité. Cependant, à mesure que les étoiles vieillissent, elles deviennent plus rouges et plus brillantes – devenant ce qu’on appelle des étoiles subgéantes – et se déplacent vers le haut de la séquence principale. Le soleil est sur la séquence principale depuis environ 5 milliards d’années, depuis qu’il s’est stabilisé après avoir allumé la fusion de l’hydrogène dans son noyau, et il y restera pendant encore 5 milliards d’années jusqu’à ce qu’il commence à gonfler et à devenir une sous-géante.

« Le fait est que nous ne comprenons toujours pas ce qui se passe dans notre soleil, comment les champs magnétiques génèrent le cycle solaire de 11 ans, ou ce qui a provoqué le minimum magnétique de Maunder », a déclaré le conseiller de Wright, Geoffrey Marcy, professeur d’astronomie à l’UC Berkeley. « En particulier, nous ne savons pas à quelle fréquence une étoile semblable au soleil tombe dans un minimum de Maunder, ni quand se produira le prochain minimum. Cela pourrait être demain. »

La baisse de l’activité solaire à la fin du 17e et au début du 18e siècle a été portée à l’attention du monde entier en 1893 par l’astronome anglais Edward Walter Maunder, qui a également noté une baisse, au cours de la
même période, de l’intensité et de la fréquence des aurores boréales, qui sont causées par des tempêtes sur le soleil. De nouveau, en 1976, l’astronome John Eddy a passé en revue divers éléments de preuve du minimum de Maunder et a conclu non seulement qu’il était réel, mais a cité un article de 1961 établissant un lien entre le minimum et une période contemporaine de refroidissement dans toute l’Europe, peut-être due à une diminution de l’énergie produite par le soleil. Le soleil, et les étoiles comme le soleil, sont plus sombres lorsqu’ils sont inactifs.

L’idée d’un minimum de Maunder est cependant controversée, car personne ne sait vraiment à quel point les gens observaient le soleil au milieu des années 1600, à peine 40 ans après l’invention du télescope. Il n’existe aucun enregistrement de l’activité solaire avant le minimum de Maunder, bien qu’une poussée d’activité ait signalé sa fin en 1714.

L’incertitude entoure également la cause du petit âge glaciaire, qui a commencé vers 1300 après JC et a duré plusieurs centaines d’années. Caractérisé par des hivers plus froids que la normale et des étés frais dans tout l’hémisphère nord, il pourrait avoir été causé par des gaz à effet de serre et des particules crachées dans l’atmosphère par des volcans, ou par des fluctuations de la puissance du soleil.

De nombreux experts du climat prennent cependant le minimum de Maunder au sérieux, et les astronomes ont établi une longue liste d’étoiles censées présenter le même creux d’activité, comme en témoigne la diminution de l’émission de l’élément calcium dans l’atmosphère de l’étoile. L’activité solaire se caractérise par de puissants champs magnétiques qui chauffent la haute atmosphère du soleil, ou chromosphère, à quelque 8 000 à 10 000 degrés Kelvin, excitant le calcium pour qu’il émette une lumière bleue.

La question, selon Wright, est de savoir si la cause de la diminution de l’émission de calcium est un minimum de Maunder stellaire ou autre chose, comme l’âge – les étoiles tournent plus lentement en vieillissant, perdent leur dynamo magnétique et ne produisent plus de champs ou de taches magnétiques – ou une forte teneur en métaux. « Nous avons maintenant découvert que cela ne provient pas des minima de Maunder », a-t-il déclaré.

« Ce que les astronomes ont supposé, c’est que les étoiles semblables au soleil qui traversent un funk stellaire sont en fait des étoiles très, très vieilles dont les champs magnétiques se sont éteints pour toujours. Elles ne sont pas dans un minimum
moins temporaire, mais permanent. Elles sont mortes », a déclaré Marcy. « Le soleil sera dans cet état dans environ 4 milliards d’années. »

« Cela implique que si d’autres étoiles subissent leurs propres minima de Maunder, alors soit il s’agit d’un événement rare presque non détecté dans les enquêtes d’activité, soit ce n’est pas nécessairement indiqué par de faibles niveaux d’émission de calcium … », a écrit Wright. Par conséquent, a-t-il ajouté, un autre critère est nécessaire pour discerner ces étoiles dans un ralentissement stellaire.

Le problème des étoiles que l’on pense être dans un minimum de Maunder est passé inaperçu car ce n’est qu’en 1998 que le satellite Hipparcos a été lancé et a commencé à déterminer les distances précises de nombreuses étoiles proches. Il est alors devenu possible de calculer la luminosité absolue de ces étoiles, et de les placer précisément sur un graphique couleur-luminosité, connu sous le nom de diagramme de Hertzsprung-Russell.

Wright a décidé d’examiner systématiquement les étoiles à minimum de Maunder après avoir remarqué, avec Marcy, que de nombreuses étoiles proches apparemment inactives étaient en fait plus brillantes que les étoiles de la séquence principale. Ils ont collecté les spectres de plus de 1 000 étoiles proches pour rechercher des preuves de la présence de planètes.

Dans son analyse, Wright a utilisé les données Hipparcos sur la distance pour déterminer la luminosité absolue de plusieurs milliers d’étoiles proches étudiées non seulement par le programme de recherche de planètes de Marcy en Californie et à Carnegie, mais aussi par d’autres projets, comme le projet H-K du Mont Wilson et le projet Phoenix. Il a noté que certaines des étoiles précédemment identifiées comme des étoiles à minimum de Maunder pourraient être des étoiles riches en métaux, qui brûlent également plus brillamment que notre soleil et présentent moins d’activité. Une analyse plus poussée des étoiles proches est nécessaire pour caractériser ces étoiles calmes.

Les résultats, qui ont été soumis à Astrophysical Journal, résultent de travaux soutenus par Sun Microsystems, la National Aeronautics and Space Administration et la National Science Foundation.

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