Le champ magnétique du Soleil est-il en train de s'effondrer ?

En 2007, alors que l'astronome allemande Erika Böhm-Vitense scrutait les étoiles, elle identifia deux groupes aux attributs bien différents : les plus jeunes tournaient rapidement sur elles-mêmes et produisaient une activité magnétique débordante, alors que les plus âgées affichaient une rotation lente et un magnétisme nettement plus ténu. Quelque part au milieu de ce spectre, défiant ostensiblement les tendances, se trouvait notre Soleil.

« Il est clair que le Soleil n'est pas un bon point de référence pour discuter de l'activité stellaire », écrivait à l'époque Böhm-Vitense. Toutefois, elle se demanda si le non-conformisme du Soleil n'était pas un indice sur la piste d'un mystère encore plus vaste : « Cette place à part entre les séquences serait-elle nécessaire pour permettre à la vie sur Terre d'évoluer et de survivre ? »   

Les travaux de Böhm-Vitense ont été le point de départ de vingt années d'enquête sur l'étrange comportement du Soleil. Depuis, les astronomes ont compris que notre étoile n'était pas si différente des autres, après tout. Pour cela, ils ont dû repenser la façon dont ces astres tournent sur eux-mêmes, ce qui génère des champs magnétiques, au cours de leur vie. « Le Soleil se comporte comme toutes les étoiles, mais aucune d'entre elles ne se comporte comme nous l'avions supposé », résume Travis Metcalfe, astronome de la White Dwarf Research Corporation, dans le Colorado. Désormais, les observations et les simulations convergent pour suggérer qu'à l'approche d'un âge moyen, comme celui du Soleil, les étoiles pourraient subir une sorte de crise du magnétisme au cours de laquelle leur champ magnétique à grande échelle commence à s'estomper.

Ce que cela implique pour notre Soleil et son avenir reste sujet à débat, un débat qui, comme le suggérait Böhm-Vitense, pourrait être la clé de l'identification des étoiles capables d'insuffler la vie. À l'heure où de nouveaux télescopes traquent les biosignatures sur de lointaines planètes, les scientifiques s'empressent de réécrire l'histoire de l'évolution du champ magnétique stellaire.

« Ce n'est que le premier chapitre », déclare Jeremy Drake, astronome au sein du Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory, en Californie. « Il s'agit d'une question centrale à laquelle nous devons absolument répondre pour déterminer si nous sommes ou non seuls dans l'univers. »

DANSE AVEC LES ÉTOILES

À l'instar des autres étoiles, notre Soleil est une immense boule en fusion de particules chargées qui tourbillonnent autour d'un axe vertical à mesure que s'épuise son réservoir d'hydrogène. Le brassage des charges génère ce que les scientifiques appellent une « dynamo », qui produit un champ magnétique global doté de pôles nord et sud, transformant le soleil en une sorte d'aimant pour réfrigérateur galactique. Puisque l'équateur tourne plus rapidement que les pôles, le champ magnétique s'étire à la manière d'un élastique. Périodiquement, lorsque la tension est particulièrement élevée, le Soleil la relâche à travers des explosions d'énergie responsables des phénomènes de météorologie spatiale sur Terre, les radiations et les particules qui illuminent notre ciel d'aurores boréales et sèment parfois la zizanie parmi nos satellites.

Dans les années 1970, les scientifiques ont réalisé que le champ magnétique du Soleil agissait également comme un parachute, en ralentissant peu à peu sa rotation au fil du temps. Quelques décennies plus tard, Sydney Barnes, de nos jours chercheur à l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam, en Allemagne, a eu l'idée d'utiliser cette relation pour déterminer l'âge de lointaines étoiles à partir de leur vitesse de rotation, une technique baptisée « gyrochronologie ».

Pour les astronomes qui peinaient à s'enquérir de l'âge des étoiles, la gyrochronologie fut une véritable révolution, mais il est depuis apparu que la relation âge-rotation n'était pas aussi directe qu'ils le supposaient au départ, notamment pour les étoiles plus âgées qui avaient déjà bien entamé leurs réserves d'hydrogène. En 2016, Metcalfe et ses collègues ont démontré que la rotation de certaines étoiles plus vieilles que le Soleil ne ralentissait plus comme le prévoyait la gyrochronologie. Ces étoiles vieillissantes semblaient se stabiliser et maintenir une vitesse de rotation relativement constante.

Leurs observations furent dans un premier temps controversées, mais avec la multiplication des exemples et des méthodes de validation, même les détracteurs des premières heures, comme Barnes, commencèrent à penser que ces anciennes étoiles tournaient anormalement vite. « La question était donc, pourquoi ? », interroge Barnes.

DYNAMO EN PÉRIL

Dans ces travaux de 2016, l'équipe de Metcalfe émit une hypothèse pour l'interaction entre l'âge, la rotation et le magnétisme : le champ magnétique d'une étoile restreint effectivement sa rotation, mais uniquement jusqu'à un certain point. Au-delà de ce point, après avoir consommé environ la moitié de l'hydrogène de son noyau, la rotation de l'étoile est trop lente pour entretenir sa dynamo et son champ magnétique global commence à décliner.

Ces dernières années, l'équipe de scientifiques a traqué des signes plus directs de cette séquence d'extinction. Ils ont tout d'abord parcouru les mesures du champ magnétique solaire prises par différentes sondes spatiales, mais « étudier le Soleil isolé revient à examiner une seule et unique scène dans un long métrage », illustre Metcalfe. « Il nous manquait les scènes antérieures et ultérieures, même de simples images fixes suffiraient. » Ils ont donc recueilli des données sur la luminosité en rayons X, la rotation et la force du champ magnétique de 17 étoiles d'âges variés en utilisant le Grand Télescope binoculaire en Arizona, le plus grand télescope optique sur Terre.

Dans un article publié en septembre 2025, Metcalfe et ses collaborateurs ont assemblé ces différentes scènes et identifié une tendance claire. À peu près au milieu de leur vie, la force du champ magnétique des étoiles semblait diminuer brutalement, devenant jusqu'à 100 fois plus faible que leurs homologues quelques milliards d'années plus jeunes. Le Soleil se situe précisément dans cette tranche d'âge. Leur interprétation fut donc simple : « Nous assistons à l'effondrement de la dynamo solaire », déclare Metcalfe, « mais le processus s'étalera sur toute la seconde partie de la vie du Soleil. »

Certains astronomes trouvent l'explication convaincante. « À mes yeux, cette étude clarifie grandement la situation et dispose d'une solide base physique », témoigne Patrick Young, astrophysicien et astrobiologiste à l'université d'État d'Arizona. D'autres se montrent plus sceptiques face à l'analyse. « Il n'y a rien de faux en soi, c'est peut-être vrai […] mais la conclusion me semble légèrement forcée », déclare Barnes. « J'ai le sentiment qu'il existe d'autres façons de relier les points. »

Au lieu d'une extinction, le champ magnétique global pourrait par exemple approcher un minimum temporaire. D'après les simulations informatiques réalisées par un chercheur de l'université Paris-Saclay, Allan Sacha Brun, si une étoile tourne encore plus lentement que le Soleil, la vitesse de rotation aux pôles pourrait dépasser celle de l'équateur, ce qui entraînerait un regain de force du champ magnétique et donnerait naissance à une nouvelle dynamo, sans évolution cyclique de l'activité magnétique. « Si une étoile ralentit au-delà d'un certain point, elle pourrait relancer sa dynamo », résume le scientifique.

Une telle baisse de l'activité magnétique pourrait être le fruit d'un changement de forme du champ magnétique de l'étoile. Le champ magnétique en « dipôle », doté d'un pôle nord et sud, est la forme la plus simple d'organisation de la dynamo. Celle-ci peut également adopter des formes plus élaborées avec quatre pôles, ou huit. En 2018, Cecilia Garraffo du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de Boston a appelé à une « révolution de la révolution », en soutenant que les astronomes avaient négligé l'influence de la complexité des champs magnétiques sur la rotation stellaire.

Lors d'un congrès à Tokyo en juin, les chercheurs ont présenté leurs différentes idées sur l'évolution du magnétisme stellaire. Pour Metcalfe, elles appartiennent toutes à une seule et même histoire. « Il pourrait s'agir de l'évolution naturelle des dynamos », suggère-t-il. « C'est une séquence. » Une étoile naît avec des champs magnétiques hautement complexes. En prenant de l'âge, ces champs chaotiques s'organisent pour former un dipôle puissant, ce qui ralentit la rotation de l'étoile. À mi-parcours, l'étoile tourne si lentement que son champ magnétique retrouve des formes plus étriquées et sa rotation n'est plus freinée. Enfin, à mesure que ses réserves d'hydrogène s'amenuisent, l'étoile gonfle, elle ralentit et le dipôle réapparaît.

En avril, Metcalfe et ses collègues ont observé une étoile de la constellation Aquila qui semble confirmer ce scénario. L'étoile en question est à un stade de son évolution plus avancé que le Soleil, mais elle affiche pourtant un champ magnétique stable et très puissant, tout comme le prévoient les simulations d'Allan Sacha Brun. « La boucle n'est pas encore bouclée », prévient toutefois le chercheur français. Son équipe tente actuellement d'élaborer des modèles pour déterminer si l'alternance de formes du champ magnétique peut expliquer les changements observés dans la rotation.

LES ÉTOILES DE LA VIE

Il est crucial de gommer les disparités qui émanent de cette saga magnétique. Par leur activité, et donc leur rotation, les étoiles façonnent l'environnement des planètes qui les entourent. Si Metcalfe dit vrai à propos de l'effondrement du champ magnétique solaire, nous devrions assister à un apaisement de la météo spatiale sur Terre au cours des prochains milliards d'années : moins d'aurores boréales et d'éruptions solaires cataclysmiques. Si l'hypothèse du regain d'activité stellaire émise par Allan Sacha Brun est confirmée, le futur lointain nous réserverait donc une augmentation rapide de l'activité solaire, ce qui se traduirait par une recrudescence des tempêtes géomagnétiques sur Terre.

Par ailleurs, la Terre ne sera pas la seule concernée par les leçons tirées de ce débat. Si nous parvenons à une théorie de l'évolution magnétique qui inclut le Soleil au lieu de le marginaliser, nous pourrions faire de notre étoile une « pierre de Rosette » pour étudier les autres systèmes solaires.

En attendant, l'horloge tourne. La NASA a déjà programmé pour le début des années 2040 le lancement de la mission Habitable Worlds Observatory (HWO), qui vise à détecter les signatures chimiques de la vie sur des planètes orbitant d'autres étoiles. Le principal objectif de la mission est d'observer directement 25 jumelles de la Terre. Avant toute chose, les scientifiques doivent savoir dans quelle direction pointer le télescope, et donc connaître les étoiles qui ont le plus de chances d'abriter ces exo-Terres. Pour réduire la liste des cibles potentiellement habitables, les astronomes ont commencé à étudier le champ magnétique de leurs étoiles.

Prenons par exemple TRAPPIST-1, l'une des candidates les plus prometteuses en matière de voisinage habitable. Et pour cause, l'étoile ne compte pas moins de sept planètes rocheuses dans sa zone habitable, la région de son orbite où l'eau peut subsister à l'état liquide. Pourtant, lorsque Garraffo et Drake ont simulé la météo spatiale engendrée par TRAPPIST-1, ils ont découvert que ces particules balaieraient inlassablement les planètes en les dépouillant de leur atmosphère et de la moindre chance de vie telle que nous la connaissons.

D'après Patrick Young, qui participe à l'identification des cibles pour la mission HWO, l'historique d'activité stellaire pourrait offrir un critère de sélection utile pour l'habitabilité. « Si une étoile n'a pas été trop active depuis quelque temps, c'est une source de préoccupation en moins », indique l'astrobiologiste. « Il faut à tout prix prendre ce paramètre en considération. »

Quoi qu'il en soit, avant d'orienter les recherches d'une autre forme de vie, les astronomes doivent approfondir leur compréhension de la rotation des étoiles. « Il y a beaucoup à apprendre, conclut Barnes. J'ai consacré ma vie à la rotation et je n'en suis encore qu'aux prémices. »