Une première série de résultats du relevé ISSP, mené avec le réseau CHARA au Mont Wilson, en Californie, vient d’être publiée. Plusieurs chercheurs et ingénieurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur conduisent ces travaux, qui visent à mesurer avec précision les propriétés fondamentales de plusieurs centaines d’étoiles.
Mesurer le diamètre d’une étoile, sa température, sa masse ou encore son âge n’est pas une tâche simple. L’interférométrie optique permet pourtant d’accéder directement à certaines de ces propriétés avec une grande précision. En combinant ces observations avec des données spectroscopiques, photométriques et sismiques, les astronomes peuvent obtenir une caractérisation plus complète des étoiles.
C’est l’objectif du grand relevé ISSP – Interferometric Survey of Stellar Parameters, réalisé avec le réseau interférométrique CHARA, installé au Mont Wilson en Californie. Le programme s’appuie notamment sur les instruments SPICA, MIRCX et MYSTIC et porte sur plusieurs centaines d’étoiles réparties dans le diagramme de Hertzsprung-Russell.
L’Observatoire de la Côte d’Azur est fortement impliqué dans ce programme. Plusieurs de ses chercheurs participent aux différents sous-programmes, dont plusieurs sont pilotés par de jeunes scientifiques : Romina V. Ibañez Bustos, Nayeem Ebrahimkutty, Juraj Jonák et Hugo Nowacki, ainsi que Mathieu Vrard.
Ce grand relevé de diamètres angulaires de plusieurs centaines d’étoiles réparties dans le diagramme Hertzsprung-Russel vise à caractériser de manière homogène les paramètres stellaires fondamentaux : Rayon, Température, gravité de surface, puis masse et âge.
Plusieurs objectifs astrophysiques guident ce relevé, tout d’abord une meilleure connaissance des étoiles qui abritent des systèmes planétaires, l’étalonnage des relations d’échelle utilisées en astérosismologie, et l’établissement de nouvelles relations brillance de surface pour l’estimation de diamètre angulaire au-delà des possibilités de l’interférométrie optique dans le cadre de la détermination des échelles de distance dans l’Univers.
Plusieurs programmes pour caractériser les étoiles
Le relevé ISSP rassemble plusieurs programmes scientifiques complémentaires.
Le premier porte sur la caractérisation des étoiles qui abritent des systèmes planétaires (S01, PI Hugo Nowacki).
Deux autres programmes sont consacrés à l’étalonnage des relations d’échelle utilisées en astérosismologie, pour les étoiles naines (S02) et les étoiles géantes (S03), sous la responsabilité de Mathieu Vrard.
Le programme S04, piloté par Romina V. Ibañez Bustos, cherche à établir de nouvelles relations de brillance de surface. Elles doivent permettre d’estimer le diamètre angulaire d’étoiles qui ne peuvent pas être mesurées directement par interférométrie optique et contribuer ainsi à la détermination des échelles de distance dans l’Univers.
Deux autres programmes sont menés par des doctorants. Le programme S05, piloté par Nayeem Ebrahimkutty, étudie l’assombrissement centre-bord des étoiles. Le programme S06, piloté par Juraj Jonák, porte sur la détermination des masses stellaires à partir de l’observation de systèmes binaires.
Cet ensemble de programmes doit apporter un renouveau homogène et large des paramètres stellaires au service de la physique stellaire en général. D’autres programmes sont associés, notamment sur les rotateurs rapides, le vent et l’environnement des étoiles.
Le programme ISSP a été financé dans le cadre de l’European Research Council, Horizon 2020 (Grant Agreement No. 101019653, ERC Adv PI Denis Mourard).
De nouvelles relations pour mieux mesurer les étoiles
Le premier article de cette série, Interferometric Survey of Stellar Parameters: Towards homogeneous FGK stars parameters and surface-brightness color relation in the context of PLATO space mission, est signé Romina V. Ibañez Bustos, Denis Mourard, Nicolas Nardetto et al. http://arxiv.org/abs/2608.30557
Les chercheurs y présentent leur travail sur l’étalonnage de nouvelles relations de brillance de surface, notamment dans le contexte de la mission spatiale PLATO.
L’étude repose sur des mesures de diamètres stellaires assombris avec une précision de 2,3 %. À partir de données spectroscopiques existantes, les paramètres de 19 étoiles ont été déterminés, notamment leur température effective (Teff), leur gravité de surface (log) et leur métallicité (Z).
Ces données permettent d’établir des relations de brillance de surface dans les bandes Gaia, avec un résidu de l’ordre de 0,01.
Une nouvelle méthode pour mesurer les propriétés stellaires
Le deuxième article, Interferometric Survey of Stellar Parameters: Limb darkening study with the "Pipeline for interferometric Measurements of Stars" (PIMS), est signé Nayeem Ebrahimkutty, Denis Mourard, Philippe Berio et al. http://arxiv.org/abs/2609.18868
Les auteurs présentent une nouvelle méthode d’analyse des données interférométriques qui combine des données spectroscopiques et photométriques avec des fonctions d’apprentissage basées sur le modèle d’atmosphère MARCS.
Les premiers résultats obtenus sur le ciel concernent une étoile naine, une étoile géante et le couple Alpha Centauri A & B.
Avec une précision inférieure à 1 % sur le diamètre, cette méthode, associée à des modèles d’évolution stellaire, permet d’estimer la masse avec une précision de l’ordre de 2 % et l’âge avec une précision de 5 à 10 %.
Mesurer les masses stellaires grâce aux étoiles binaires
Le troisième article, Interferometric Survey of Stellar Parameters: Mass of the metallic A-type binary β Aur, est signé Juraj Jonák, Denis Mourard, John Monnier et al. https://arxiv.org/pdf/2609.03886
Il présente une méthode d’estimation des masses stellaires fondée sur le croisement de données interférométriques, spectroscopiques et photométriques, appliquée à un échantillon de systèmes binaires détachés.
La méthode d’analyse globale est détaillée et appliquée au système binaire β Aur, permettant de revisiter et de préciser l’ensemble de ses paramètres fondamentaux.
SPICA, un nouvel instrument pour le réseau CHARA
Ces travaux s’appuient également sur la publication consacrée à SPICA, le nouvel instrument visible et suiveur de franges proche infrarouge du réseau CHARA.
L’article CHARA/SPICA: The six-telescope visible combiner and near-infrared fringe tracker for the CHARA Array, signé notamment par Denis Mourard, Philippe Bério et Christophe Bailet, présente les objectifs de l’interférométrie optique dans le visible, dont ceux du relevé ISSP. https://arxiv.org/abs/2609.02406
L’article décrit en détail SPICA-VIS, ainsi que son pipeline d’analyse des données. Le suiveur de franges proche infrarouge est également présenté, même s’il fera l’objet d’une publication plus détaillée.
Les premières performances de l’instrument sont enfin présentées et discutées.
Les prochains résultats attendus
Cette première série de publications sera prochainement complétée par deux nouveaux travaux.
Le premier porte sur la combinaison des données interférométriques et sismiques : Interferometric Survey of Stellar Parameters: Constraining the asteroseismic scaling relations with interferometric measurements from the CHARA Array I, par Mathieu Vrard, Denis Mourard, Orlagh Creevey et al. Cet article est actuellement soumis à Astronomy & Astrophysics.
Le second est consacré aux étoiles hôtes d’exoplanètes : Interferometric Survey of Stellar Parameters: Exoplanet host stars: Reliable methodology for the direct measurement of the stellar angular diameter, par Hugo Nowacki, Denis Mourard, Nayeem Ebrahimkutty et al. Il doit être soumis à Astronomy & Astrophysics.
D’autres résultats seront publiés au cours de l’année à venir, notamment sur l’analyse d’ensemble des échantillons du grand relevé ISSP.
Avec ISSP, les équipes impliquées disposent ainsi d’un vaste échantillon de mesures interférométriques pour renouveler la connaissance des paramètres fondamentaux des étoiles. Le programme associe développement instrumental, nouvelles méthodes d’analyse et observations, avec une implication importante de jeunes chercheurs en début de carrière.
Contact scientifique : denis.mourard@oca.eu
Contact presse : margaux.arav@oca.eu