Apprendre l’astuce pour trouver des étoiles cannibalisées

Les scientifiques travaillant avec les puissants télescopes du Centre d’astronomie à haute résolution angulaire (CHARA) de l’État de Géorgie ont réalisé une étude d’un groupe d’étoiles soupçonnées d’avoir dévoré la majeure partie du gaz des étoiles compagnes en orbite. Ces mesures sensibles ont directement détecté la faible lueur des étoiles cannibalisées.

La nouvelle recherche, dirigée par Robert Klement, associé de recherche postdoctoral, est publié dans Le Journal d’Astrophysique. Les travaux identifient de nouvelles orbites d’étoiles sub-naines dénudées qui entourent des étoiles massives à rotation rapide, conduisant à une nouvelle compréhension de la trajectoire de vie des étoiles binaires proches.

Travaillant avec des collègues du CHARA Array à Mount Wilson, en Californie, Klement a dirigé les télescopes de grande puissance vers une collection d’étoiles à raie d’émission B relativement proches, ou « étoiles Be » en abrégé. Ce sont des étoiles à rotation rapide censées abriter des compagnons en orbite inhabituels.

Les étoiles Be se forment probablement lors d’interactions intenses entre des paires d’étoiles proches. Les astronomes constatent que de nombreuses étoiles se présentent dans de telles paires, une tendance qui est particulièrement vraie parmi les étoiles plus massives que notre Soleil. Les couples avec de petites séparations font face à un destin tumultueux car ils grandissent en vieillissant et peuvent atteindre une dimension similaire à leur séparation.

Lorsque cela se produit, le gaz de l’étoile en croissance peut traverser l’espace entre les deux étoiles afin que le compagnon puisse se régaler du flux de gaz transféré. Ce processus de cannibalisation finira par priver l’étoile donneuse de masse de presque tout son gaz et laissera derrière elle le minuscule noyau chaud de son ancien centre de combustion nucléaire.

Les astronomes ont prédit que le flux de transfert de masse ferait tourner l’étoile compagnon et la transformerait en un rotateur très rapide. Certaines des étoiles à rotation la plus rapide se trouvent sous le nom d’étoiles Be. Les étoiles Be tournent si rapidement qu’une partie de leur gaz est projetée hors de leurs zones équatoriales pour former un anneau de gaz en orbite.

Jusqu’à présent, cette étape prévue dans la vie de paires binaires proches a échappé aux astronomes parce que les séparations entre les étoiles sont trop petites pour être vues avec des télescopes conventionnels et parce que les cadavres stellaires dépouillés sont cachés dans l’éclat de leurs brillants compagnons. Cependant, les télescopes CHARA Array de l’État de Géorgie ont offert aux chercheurs les moyens de trouver les étoiles dénudées.

Le CHARA Array utilise six télescopes répartis au sommet du mont Wilson pour agir comme un énorme télescope unique de 330 mètres de diamètre. Cela donne aux astronomes la possibilité de séparer la lumière de paires d’étoiles même avec de très petits décalages angulaires. Klement a également utilisé les caméras MIRC-X et MYSTIC, construites à l’Université du Michigan et à l’Université d’Exeter au Royaume-Uni, qui peuvent enregistrer le signal lumineux d’objets très lumineux et très faibles proches les uns des autres.

Les chercheurs voulaient déterminer si les étoiles Be avaient été mises en rotation par transfert de masse et si des étoiles hôtes en orbite étaient dénudées. Klement a commencé un programme d’observation de deux ans à CHARA et son travail a rapidement porté ses fruits. Il a découvert la faible lumière de compagnons dépouillés dans neuf des 37 étoiles Be. Il s’est concentré sur sept de ces cibles et a pu suivre le mouvement orbital du cadavre stellaire autour de l’étoile Be.

« Les orbites sont importantes car elles nous permettent de déterminer les masses des paires d’étoiles », a déclaré Klement. « Nos mesures de masse indiquent que les étoiles dénudées ont presque tout perdu. Dans le cas de l’étoile HR2142, l’étoile dénudée est probablement passée de 10 fois la masse du soleil à environ une masse solaire. »

Les étoiles dénudées n’ont pas été détectées autour de chaque étoile Be, et les chercheurs pensent que dans certains de ces cas, le cadavre s’est transformé en une minuscule étoile naine blanche, trop faible pour être détectée même avec le CHARA Array. Dans d’autres cas, il se peut que l’interaction ait été si intense que les étoiles ont fusionné pour devenir une seule étoile à rotation rapide.

Klement étend désormais la recherche d’étoiles dénudées en orbite aux étoiles Be dans le ciel austral en utilisant l’interféromètre à très grand télescope de l’Observatoire européen austral au Chili.

Il travaille également avec Luqian Wang aux observatoires du Yunnan en Chine dans des recherches utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA pour détecter la faible lumière des compagnons dépouillés. Parce que ces cadavres sont chauds, ils sont relativement plus brillants dans les longueurs d’onde ultraviolettes qui ne peuvent être observées qu’avec le télescope spatial Hubble.

« Cette étude des étoiles Be – et la découverte de neuf étoiles compagnons faibles – démontre véritablement la puissance de CHARA », a déclaré Alison Peck, directrice de programme à la Division des sciences astronomiques de la National Science Foundation, qui soutient le CHARA Array. « L’utilisation de la résolution angulaire exceptionnelle et de la plage dynamique élevée du réseau nous permet de répondre à des questions sur la formation et l’évolution des étoiles auxquelles il n’a jamais été possible de répondre auparavant. »

Douglas Gies, directeur du CHARA Array, a déclaré que la recherche avait enfin découvert une étape clé cachée dans la vie de couples stellaires proches.

« L’enquête CHARA Array sur les étoiles Be a révélé directement que ces étoiles ont été créées par une transformation globale par transfert de masse », a déclaré Gies. « Nous voyons maintenant, pour la première fois, le résultat du festin stellaire qui a conduit aux étoiles dénudées. »