Une équipe internationale d’astronomes n’a identifié que les deuxième et troisième exemples d’un type rare de système stellaire comprenant deux étoiles centrales en orbite l’une autour de l’autre, entourées d’un remarquable disque de gaz et de poussière.
« S’il y avait une planète dans l’un de ces systèmes, ce serait comme la planète Tatooine de Star Wars », explique Michael Poon, titulaire d’un doctorat. étudiant au Département d’astronomie et d’astrophysique David A. Dunlap de la Faculté des arts et des sciences et l’un des deux chercheurs de l’Université de Toronto impliqués dans la découverte.
« Vous verriez deux soleils dans le ciel en orbite l’un autour de l’autre. De plus, il y a un disque autour des étoiles. Imaginez les anneaux de Saturne mais beaucoup, beaucoup plus gros, avec les étoiles au milieu. »
Ces disques sont appelés disques protoplanétaires car ils finissent par former des familles de planètes comme notre système solaire. Les systèmes nouvellement découverts sont rares car leurs disques forment un angle avec les orbites de leurs étoiles centrales.
« La découverte d’objets comme ceux-ci est importante pour notre compréhension de la formation des planètes », déclare JJ Zanazzi, boursier postdoctoral à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) de la faculté. « Les planètes sont nées d’eux, donc l’existence de disques autour d’étoiles binaires montre qu’il est probable que nous trouverons plus de planètes en orbite autour de binaires.
« Ils nous aideront également à comprendre si la vie peut exister sur une planète qui orbite autour d’une étoile binaire à un angle en raison de la façon dont cette orientation affecte la température et d’autres conditions. »
La découverte des nouveaux objets, désignés Bernhard-1 et Bernhard-2, est décrite dans un article publié le 4 juillet dans Les lettres du journal astrophysique.
L’auteur principal est Wei Zhu de l’Université Tsinghua de Pékin, ancien boursier postdoctoral à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) de la Faculté des arts et des sciences. Zanazzi et Poon sont co-auteurs de l’U de T.
Bernhard-1 et Bernhard-2 sont si éloignés que nous ne pouvons pas voir leurs deux étoiles centrales individuellement (ces paires d’étoiles sont appelées étoiles binaires). Au lieu de cela, nous ne voyons qu’un seul point lumineux et mesurons la luminosité totale du binaire.
Les chercheurs ont identifié les nouveaux objets en analysant les variations complexes et distinctives de luminosité causées par leur géométrie inhabituelle. Un graphique de ces variations dans le temps est appelé courbe de lumière et les courbes de lumière des nouveaux systèmes correspondent à celles du premier système de ce type jamais découvert – un objet appelé Kearns Herbst 15D (KH 15D).
Les courbes de lumière de Bernhard-1 et Bernhard-2 plongent à une fraction de leur luminosité maximale – la première pendant 112 jours tous les 192 jours ; ce dernier pendant 20 jours tous les 62 jours. Ces creux sont le signe que l’une des étoiles de chaque binaire se déplace derrière le disque vu de la Terre. Lorsque l’étoile réapparaît, la luminosité du système revient à la normale.
De plus, lorsque les co-auteurs ont comparé des observations récentes avec des données d’archives remontant à des décennies, ils ont constaté que la luminosité des deux objets variait sur des périodes beaucoup plus longues. Une analyse précédente de KH 15D par Poon, Zhu et Zanazzi, ainsi que les travaux d’autres chercheurs, ont conclu que ce modèle à long terme révélait que le disque et les étoiles formaient un angle l’un par rapport à l’autre.
Parce que les étoiles binaires et leurs disques protoplanétaires se condensent à partir du même vaste nuage de matière en rotation, le disque se trouve généralement dans le même plan que les orbites des étoiles, tout comme les orbites de la plupart des planètes et des lunes de notre système solaire reposent sur le même avion. Imaginez deux patineurs artistiques, se tenant la main, tournoyant l’un autour de l’autre tandis que d’autres patineurs encerclent la paire; tous patinent sur le même plan de la surface de la glace.
Mais KH 15D, Bernhard-1 et Bernhard-2 sont rares en ce que leurs disques circumbinaires forment un angle avec les plans des étoiles en orbite. En raison de cette inclinaison, les disques vacillent comme une toupie, un mouvement appelé précession, lorsqu’ils se déplacent entre nous et les étoiles, provoquant une diminution de la lumière des étoiles centrales. Pour KH 15D, ce cycle de gradation pourrait prendre de 60 à 6 000 ans.
Les deux types de variations de luminosité se combinent pour créer la courbe de lumière caractéristique des objets de type KH 15D.
La découverte de Bernhard-1 et Bernhard-2 a été faite lorsque Klaus Bernhard, un astronome amateur et membre de la Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne, a analysé les données du Zwicky Transient Facility. L’instrument du ZTF surveille l’ensemble du ciel nordique tous les deux jours, fournissant des données pour d’innombrables objets sur de longues périodes.
En parcourant les données, Bernhard a découvert des candidats de type KH 15D. Il a ensuite partagé ses découvertes avec Poon, Zanazzi et Zhu dont une analyse plus approfondie a révélé Bernhard-1 et Bernhard-2.
Maintenant que les chercheurs ont trouvé deux autres de ces objets célestes rares, ils sont optimistes que d’autres découvertes suivront.
« Juste ce mois-ci, Gaia a publié ses données les plus récentes », déclare Zanazzi à propos de la mission spatiale qui a observé un milliard d’étoiles dans la Voie lactée depuis son lancement en 2013. « Et maintenant que nous avons ce modèle pour ces objets, nous J’espère que nous pourrons l’utiliser pour trouver plus d’objets à ajouter à la liste. »
« Nous espérons également que davantage d’observateurs examineront Bernhard-1 et Bernhard-2 pendant de plus longues périodes », a déclaré Poon. « Nous avons de la chance que KH 15D ait été observé à un moment particulier où son orientation fait baisser la lumière des étoiles centrales. Nous sommes convaincus que Bernhard-1 et Bernhard-2 existent également dans cette orientation favorable, donc avoir plus les observations augmenteront notre compréhension de ces objets rares. »
Wei Zhu et al, deux systèmes candidats de type KH 15D de l’installation transitoire de Zwicky, Les lettres du journal astrophysique (2022). DOI : 10.3847/2041-8213/ac7b2d