Cette vue d’artiste montre comment évoluent les étoiles chaudes, brillantes et de masse élevée. L’étoile la plus massive et la plus brillante se développe en premier, jusqu’à ce que les couches externes commencent à ressentir fortement l’attraction gravitationnelle de son compagnon. Le compagnon commence alors à aspirer la matière de l’étoile primaire. Lorsque le primaire a été retiré de toute son enveloppe riche en hydrogène, il rétrécit. Crédit : Navid Marvi, avec l’aimable autorisation de la Carnegie Institution for Science
De nouvelles découvertes confirment l’existence d’étoiles chaudes à hélium, que l’on pensait depuis longtemps être au cœur des supernovae pauvres en hydrogène. étoile à neutrons fusions.
Des astronomes de l’Université de Toronto ont découvert une population d’étoiles massives qui ont été dépouillées de leur enveloppe d’hydrogène par leurs compagnes des systèmes binaires. Les résultats, publiés le 14 décembre dans la revue Science, ont mis en lumière les étoiles chaudes d’hélium qui seraient à l’origine des supernovae pauvres en hydrogène et des fusions d’étoiles à neutrons.
Théorie contre réalité dans l’évolution stellaire
Depuis plus d’une décennie, les scientifiques émettent l’hypothèse qu’environ une étoile massive sur trois est privée de son enveloppe d’hydrogène dans les systèmes binaires. Pourtant, jusqu’à présent, un seul candidat possible avait été identifié.
« C’était un trou tellement grand et flagrant », a déclaré la co-auteure principale Maria Drout, professeure adjointe au département d’astronomie et d’astrophysique David A. Dunlap et associée au Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics de l’Université de Toronto.
Implications pour les recherches futures
« S’il s’avérait que ces étoiles sont rares, alors tout notre cadre théorique pour tous ces différents phénomènes est erroné, avec des implications pour les supernovae, les ondes gravitationnelles et la lumière des galaxies lointaines », explique Drout. « Cette découverte montre que ces étoiles existent réellement. »
« À l’avenir, nous serons en mesure de réaliser une physique beaucoup plus détaillée avec ces étoiles », déclare Drout. « Par exemple, les prévisions sur le nombre de fusions d’étoiles à neutrons que nous devrions observer dépendent des propriétés de ces étoiles, telles que la quantité de matière qui s’en détache dans les vents stellaires. Maintenant, pour la première fois, nous serons en mesure de mesurer cela, alors que les gens l’extrapolaient auparavant.
Les études menées par le télescope Swift-UVOT de la NASA fournissent les aperçus les plus détaillés jamais capturés en lumière ultraviolette des Grands et Petits Nuages de Magellan, les deux grandes galaxies les plus proches de la nôtre. Les chercheurs utilisent cet ensemble de données ultraviolettes pour identifier les systèmes candidats qu’ils ont ciblés pour cet article. Crédit : NASA/Swift/S. Immler (Goddard) et M. Siegel (Penn State)
Étoiles binaires dépouillées et phénomènes cosmiques
Les étoiles binaires dénudées ont déjà été évoquées pour expliquer pourquoi un tiers des supernovae à effondrement du noyau contiennent beaucoup moins d’hydrogène qu’une explosion typique d’une étoile supergéante rouge. Drout et ses collègues proposent que ces étoiles nouvellement découvertes finiront par exploser sous forme de supernovae pauvres en hydrogène. On pense également que ces systèmes stellaires sont nécessaires à la formation de fusions d’étoiles à neutrons, comme celles qui émettent ondes gravitationnelles détecté depuis la Terre par le LIGO expérience.
En fait, les chercheurs pensent que quelques objets de leur échantillon actuel sont des étoiles dénudées avec des compagnons étoiles à neutrons ou trous noirs. Ces objets sont au stade précédant immédiatement leur transformation en étoile à neutrons double ou étoile à neutrons plus trou noir systèmes qui pourraient éventuellement fusionner.
Co-auteur principal Maria Drout (Université de Toronto) avec le télescope Magellan de l’Observatoire de Las Campanas. Crédit : Tom Holoien/Maria Drout
Partenariats stellaires et évolution
« De nombreuses étoiles font partie d’une danse cosmique avec un partenaire, en orbite autour de l’autre dans un système binaire. Ils ne sont pas des géants solitaires mais font partie de duos dynamiques, interagissant et s’influençant mutuellement tout au long de leur vie », explique Bethany Ludwig, étudiante au doctorat au département d’astronomie et d’astrophysique David A. Dunlap de l’Université de Toronto et troisième auteur de l’étude. ce papier. « Notre travail met en lumière ces relations fascinantes, révélant un univers bien plus interconnecté et actif que nous ne l’imaginions auparavant. »
« Tout comme les humains sont des êtres sociaux, les étoiles aussi, surtout les plus massives, sont rarement seules », explique Ludwig.
À mesure que les étoiles évoluent et se dilatent pour devenir des géantes rouges, l’hydrogène situé à leurs bords extérieurs peut être dépouillé par l’attraction gravitationnelle de son compagnon, laissant ainsi exposé un noyau d’hélium très chaud. Le processus peut prendre des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers d’années.
Les auteurs de l’étude Bethany Ludwig, Anna O’Grady, Maria Drout et Ylva Götberg observent sur les télescopes Magellan de l’observatoire de Las Campanas au Chili, où ils ont collecté des données pour cette recherche. Crédit : Y. Götberg
Défis liés à la détection des étoiles dénudées
Les étoiles rayées sont difficiles à trouver car une grande partie de la lumière qu’elles émettent se situe en dehors du spectre de la lumière visible et peut être obstruée par la poussière de l’univers ou éclipsée par leurs étoiles compagnes.
Drout et ses collaborateurs ont commencé leurs recherches en 2016. Après avoir étudié les supernovas pauvres en hydrogène au cours de son doctorat, Drout s’est mise à la recherche des étoiles dénudées que l’on pensait être au cœur de celles-ci. NASA Bourse postdoctorale Hubble aux Observatoires du Institution Carnegie pour la science. Elle a rencontré lors d’une conférence Ylva Götberg, co-auteure et aujourd’hui professeure adjointe à l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA), qui avait récemment construit de nouveaux modèles théoriques sur ce à quoi devraient ressembler ces étoiles.
Drout, Götberg et leurs collaborateurs ont conçu une nouvelle étude pour examiner la partie ultraviolette du spectre, là où les étoiles extrêmement chaudes émettent la majeure partie de leur lumière. Bien qu’invisible à l’œil nu, la lumière ultraviolette peut être détectée par des instruments et télescopes spécialisés.
À l’aide des données du télescope optique/ultra-violet Swift, les chercheurs ont collecté la luminosité de millions d’étoiles dans les grands et petits nuages de Magellan, deux des galaxies les plus proches de la Terre. Ludwig a développé le premier catalogue UV à grand champ des nuages de Magellan et a utilisé la photométrie UV pour détecter les systèmes présentant des émissions UV inhabituelles, signalant la présence possible d’une étoile dénudée.
Ils ont réalisé une étude pilote de 25 objets, obtenant une spectroscopie optique avec les télescopes Magellan de l’Observatoire de Las Campanas entre 2018 et 2022. Ils ont utilisé ces observations pour démontrer que les étoiles étaient chaudes, petites, pauvres en hydrogène et dans des systèmes binaires – toutes cohérent avec les prédictions de leur modèle.
Recherche en cours et accessibilité des données
Actuellement, les chercheurs continuent d’étudier les étoiles identifiées dans cet article et élargissent leurs recherches pour en trouver davantage. Ils examineront à la fois les galaxies proches et la nôtre. voie Lactée avec des programmes approuvés sur le Le télescope spatial Hubble, le télescope à rayons X Chandra, les télescopes Magellan et le télescope anglo-australien. Dans le cadre de cette publication, tous les modèles théoriques et données utilisés pour identifier ces étoiles ont été rendus publics et accessibles à d’autres scientifiques.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Résoudre le cas des étoiles fantômes cosmiques.
Les institutions collaboratrices comprennent l’Université de Toronto, les observatoires de la Carnegie Institution for Science, le Max-Planck-Institut für Astrophysik, l’Institut Anton Pannekoek d’astronomie, le Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics et le Steward Observatory.
