Des astrophysiciens de l’Université Northwestern et de l’Université de Californie à San Diego (UC San Diego) ont découvert le système binaire nain ultrafroid le plus étroit jamais observé.
Les deux étoiles sont si proches qu’il leur faut moins d’un jour terrestre pour tourner l’une autour de l’autre. En d’autres termes, « l’année » de chaque étoile ne dure que 20,5 heures.
Le système nouvellement découvert, nommé LP 413-53AB, est composé d’une paire de naines ultrafroides, une classe d’étoiles de très faible masse qui sont si froides qu’elles émettent leur lumière principalement dans l’infrarouge, ce qui les rend complètement invisibles à l’œil humain. . Ils sont néanmoins l’un des types d’étoiles les plus courants dans l’univers.
Auparavant, les astronomes n’avaient détecté que trois systèmes binaires nains ultrafroids à courte période, qui sont tous relativement jeunes – jusqu’à 40 millions d’années. On estime que LP 413-53AB a des milliards d’années – un âge similaire à celui de notre soleil – mais a une période orbitale au moins trois fois plus courte que toutes les binaires naines ultrafroides découvertes jusqu’à présent.
« C’est excitant de découvrir un système aussi extrême », a déclaré Chih-Chun « Dino » Hsu, un astrophysicien du Nord-Ouest qui a dirigé l’étude. « En principe, nous savions que ces systèmes devaient exister, mais aucun de ces systèmes n’avait encore été identifié. »
Hsu présentera cette recherche lors d’un point de presse au 241e réunion de l’American Astronomical Society à Seattle. « Découverte du binaire nain ultracool à période la plus courte » aura lieu le mardi 10 janvier, dans le cadre d’une session sur « Les étoiles et leur activité ».
Hsu est chercheur postdoctoral en physique et astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Il a commencé cette étude alors qu’il était doctorant. étudiant à l’UC San Diego, où il a été conseillé par le professeur Adam Burgasser.
L’équipe a d’abord découvert l’étrange système binaire en explorant les données d’archives. Hsu a développé un algorithme capable de modéliser une étoile en fonction de ses données spectrales. En analysant le spectre de la lumière émise par une étoile, les astrophysiciens peuvent déterminer la composition chimique, la température, la gravité et la rotation de l’étoile. Cette analyse montre également le mouvement de l’étoile lorsqu’elle se rapproche et s’éloigne de l’observateur, appelée vitesse radiale.
Lors de l’examen des données spectrales de LP 413-53AB, Hsu a remarqué quelque chose d’étrange. Les premières observations ont capturé le système lorsque les étoiles étaient à peu près alignées et que leurs lignes spectrales se chevauchaient, ce qui a amené Hsu à croire qu’il ne s’agissait que d’une seule étoile. Mais au fur et à mesure que les étoiles se déplaçaient sur leur orbite, les lignes spectrales se déplaçaient dans des directions opposées, se divisant en paires dans les données spectrales ultérieures. Hsu s’est rendu compte qu’il y avait en fait deux étoiles enfermées dans un binaire incroyablement serré.
À l’aide de puissants télescopes à l’observatoire WM Keck, Hsu a décidé d’observer le phénomène par lui-même. Le 13 mars 2022, l’équipe a tourné les télescopes vers la constellation du Taureau, où se trouve le système binaire, et l’a observé pendant deux heures. Ensuite, ils ont poursuivi avec d’autres observations en juillet, octobre et décembre.
« Lorsque nous faisions cette mesure, nous pouvions voir les choses changer en quelques minutes d’observation », a déclaré Burgasser. « La plupart des binaires que nous suivons ont des périodes d’orbite de plusieurs années. Ainsi, vous obtenez une mesure tous les quelques mois. Puis, après un certain temps, vous pouvez reconstituer le puzzle. Avec ce système, nous pourrions voir les raies spectrales s’éloigner en temps réel. C’est incroyable de voir quelque chose se produire dans l’univers à l’échelle humaine. »
Les observations ont confirmé ce que prévoyait le modèle de Hsu. La distance entre les deux étoiles est d’environ 1% de la distance entre la Terre et le soleil. « C’est remarquable, car quand elles étaient jeunes, quelque chose comme 1 million d’années, ces étoiles auraient été les unes sur les autres », a déclaré Burgasser.
L’équipe spécule que les étoiles ont soit migré l’une vers l’autre au cours de leur évolution, soit qu’elles auraient pu se rejoindre après l’éjection d’un troisième membre stellaire, maintenant perdu. D’autres observations sont nécessaires pour tester ces idées.
Hsu a également déclaré qu’en étudiant des systèmes stellaires similaires, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur les planètes potentiellement habitables au-delà de la Terre. Les naines ultrafroides sont beaucoup plus faibles et plus sombres que le soleil, de sorte que tout monde avec de l’eau liquide à la surface – un ingrédient crucial pour former et maintenir la vie – devrait être beaucoup plus proche de l’étoile. Cependant, pour LP 413-53AB, la distance de la zone habitable est la même que celle de l’orbite stellaire, ce qui rend impossible la formation de planètes habitables dans ce système.
« Ces naines ultrafroides sont voisines de notre soleil », a déclaré Hsu. « Pour identifier les hôtes potentiellement habitables, il est utile de commencer par nos voisins proches. Mais si les binaires proches sont courants parmi les nains ultrafroids, il peut y avoir peu de mondes habitables à trouver. »
Pour explorer pleinement ces scénarios, Hsu, Burgasser et leurs collaborateurs espèrent identifier davantage de systèmes binaires nains ultracool pour créer un échantillon de données complet. De nouvelles données d’observation pourraient aider à renforcer les modèles théoriques de formation et d’évolution des étoiles binaires. Jusqu’à présent, cependant, trouver des étoiles binaires ultrafroides est resté un exploit rare.
« Ces systèmes sont rares », a déclaré Chris Theissen, co-auteur de l’étude et boursier postdoctoral du chancelier à l’UC San Diego. « Mais nous ne savons pas s’ils sont rares parce qu’ils existent rarement ou parce que nous ne les trouvons tout simplement pas. C’est une question ouverte. Nous avons maintenant un point de données sur lequel nous pouvons commencer à nous appuyer. Ces données dans l’archive depuis longtemps. L’outil de Dino nous permettra de rechercher d’autres fichiers binaires comme celui-ci. »