Pour la première fois, des astronomes ont capturé des images montrant une étoile consommant l’une de ses planètes. L’étoile, nommée ZTF SLRN-2020, est située dans la galaxie de la Voie lactée, dans la constellation de l’Aquila. Lorsque l’étoile a avalé sa planète, l’étoile s’est éclaircie jusqu’à 100 fois son niveau normal, permettant à l’équipe d’astronomes de 26 personnes avec qui j’ai travaillé de détecter cet événement tel qu’il s’est produit.
Je suis un astrophysicien théoricien, et j’ai développé les modèles informatiques que notre équipe utilise pour interpréter les données que nous recueillons à partir des télescopes. Bien que nous ne voyions les effets que sur l’étoile, pas directement sur la planète, notre équipe est convaincue que l’événement dont nous avons été témoins était une étoile avalant sa planète. Être témoin d’un tel événement pour la première fois a confirmé l’hypothèse de longue date selon laquelle les étoiles avalent leurs planètes et a éclairé le déroulement de ce processus fascinant.
Trouver un flash dans le ciel nocturne dynamique
L’équipe avec laquelle je travaille recherche les éclats de lumière et de gaz qui se produisent lorsque deux étoiles fusionnent en une seule étoile plus grande. Pour ce faire, nous avons utilisé les données du Installation transitoire de Zwicky, un télescope situé sur la montagne Palomar en Californie du Sud. Il prend des images nocturnes de larges pans du ciel, et les astronomes peuvent ensuite comparer ces images pour trouver des étoiles dont la luminosité change avec le temps, ou ce qu’on appelle des transitoires astronomiques.
Trouver des étoiles dont la luminosité change n’est pas le défi, il s’agit de déterminer la cause de tout changement spécifique d’une étoile. Comme mon collègue Kishalay De aime à dire, « Il y a beaucoup de choses dans le ciel qui font boum. » L’astuce pour identifier les fusions stellaires est de combiner la lumière visible – comme les données recueillies à Palomar – avec les données infrarouges de Le télescope spatial WISE de la NASAqui arpente tout le ciel depuis une décennie.
En 2020, l’étoile ZTF SLRN-2020 est soudainement devenue 100 fois plus brillante en lumière visible en seulement 10 jours. Il a ensuite lentement commencé à revenir à sa luminosité normale. Environ neuf mois auparavant, le même objet a également commencé à émettre beaucoup de lumière infrarouge. C’est exactement ce à quoi cela ressemble lorsque deux étoiles fusionnent, avec une différence critique : tout a été réduit. La luminosité et l’énergie totale de cet événement étaient environ mille fois inférieures à celles de toutes les paires d’étoiles fusionnées que les astronomes avaient trouvées à ce jour.
Quand une étoile avale ses planètes
L’idée que les étoiles pourraient engloutir certaines de leurs planètes est une hypothèse de longue date en astronomie. Les astronomes savent depuis longtemps que lorsque les étoiles à court d’hydrogène dans leurs noyauxils deviennent plus brillants et commencent à augmenter en taille.
De nombreuses planètes ont des orbites qui sont plus petite que la taille éventuelle de leurs étoiles mères. Ainsi, lorsqu’une étoile manque de carburant et commence à se dilater, les planètes à proximité sont inévitablement consommées.
Interpréter un flash stellaire
Lors de l’explosion ZTF SLRN-2020, notre équipe n’a jamais vu la planète elle-même, seulement l’éclaircissement à partir du moment où l’étoile a absorbé la planète. C’est là que la combinaison des modèles théoriques avec les données d’observation nous a permis de comprendre ce que captaient les télescopes.
La fusion de deux étoiles en une seule étoile plus grande est un événement dramatique qui projette de la matière dans l’environnement des étoiles. Une grande partie de ma carrière s’est concentrée sur modéliser la façon dont le gaz stellaire se déplace et s’écrase sur lui-même et est expulsé dans ces moments d’intense interaction.
Mes travaux ont montré que la masse totale de matière éjectée lors d’un événement de fusion est proportionnelle à la taille des objets concernés par la fusion. Fusionnez deux étoiles de même taille et vous voyez une énorme perturbation. Fusionnez une étoile avec un compagnon beaucoup plus petit et l’événement pourrait rejeter une infime fraction de la masse totale des étoiles.
L’énergie libérée lors de l’explosion de ZTF SLRN-2020 était mille fois inférieure à la moyenne d’une fusion deux étoiles. Cela implique que l’objet qui a fusionné avec l’étoile pesait mille fois moins qu’une étoile normale. Cet indice a pointé notre équipe vers une planète géante gazeuse, comme Jupiter dans notre propre système solaire, qui pèse environ mille fois moins que le Soleil.
La planète autour de ZTF SLRN-2020 a effleuré la surface stellaire avant de finalement tomber dans l’étoile.
Par rapport à Jupiter, cependant, cette planète doit avoir orbité beaucoup plus près de l’étoileune révolution autour de l’étoile ne prenant que quelques jours. Environ 1% des étoiles partagez cette configuration d’une grande planète en orbite incroyablement proche de son étoile mère.
De plus, je pense que cette configuration d’une grosse planète proche de son étoile est importante pour générer l’événement que notre équipe a vu. Mes recherches antérieures suggèrent que des planètes plus petites – ou celles sur des orbites plus éloignées qui ne sont consommées qu’une fois qu’une étoile a considérablement grossi – pourraient être avalé sans flash détectable.
Apprendre de la réalité
À partir de nos données et de notre modélisation pour ZTF SLRN-2020, notre équipe a pu brosser un tableau beaucoup plus clair de la façon dont les étoiles et les planètes fusionnent. Tout d’abord, la planète effleure la surface de l’étoile pendant de nombreuses années, se réchauffant lentement et expulsant de la matière de l’atmosphère de l’étoile. Au fur et à mesure que ce gaz se dilate et se refroidit, une partie forme des molécules et de la poussière. Ce nuage de poussière donne à l’étoile une couleur progressivement plus rouge et émet des quantités croissantes de rayonnement infrarouge.
Dans le cas de ZTF SLRN-2020, l’orbite de la planète s’est d’abord réduite lentement, puis de plus en plus vite à mesure que la planète traversait les couches plus denses de l’atmosphère de l’étoile. Finalement, en quelques jours seulement, la planète a plongé sous la surface de l’étoile et a été déchirée par la chaleur et la force de la collision. Cette injection rapide d’énergie a fourni de la chaleur pour alimenter l’augmentation centuplée de la luminosité de ZTF SLRN-2020 sur 10 jours. Suite à ce moment culminant, l’étoile a commencé à s’estomper, indiquant à notre équipe que le processus d’avalement de la planète était terminé et que l’étoile commençait à reprendre ses activités habituelles.
Bien que l’événement destructeur soit passé, il reste encore beaucoup à apprendre. La semaine prochaine, notre équipe commencera à analyser les données du Télescope spatial James Webb dans l’espoir d’en savoir plus sur la chimie du gaz qui entoure désormais ZTF SLRN-2020.
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