Première détection du magnétisme dans des étoiles massives au-delà de notre galaxie

De nouvelles découvertes révèlent des champs magnétiques dans trois étoiles massives des nuages ​​de Magellan, mettant en lumière l’influence du magnétisme sur l’évolution stellaire et la formation d’étoiles à neutrons et de trous noirs. L’utilisation de techniques avancées de spectropolarimétrie s’est avérée cruciale pour surmonter les défis d’observation du passé.

Des champs magnétiques ont été découverts pour la première fois dans trois étoiles massives et chaudes de nos galaxies voisines, les Grands et Petits Nuages ​​de Magellan. Bien que les champs magnétiques dans les étoiles massives ne soient pas nouveaux dans notre propre galaxie, leur détection dans les Nuages ​​de Magellan est particulièrement significative en raison de l'abondance d'étoiles jeunes et massives dans ces galaxies. Cette découverte offre une rare chance d’étudier les étoiles en formation active et d’explorer la masse maximale qu’une étoile peut atteindre tout en maintenant sa stabilité.

Impact du magnétisme sur l'évolution des étoiles

Le magnétisme est notamment considéré comme un élément clé de l’évolution des étoiles massives, avec un impact considérable sur leur destin ultime. Ce sont les étoiles massives ayant initialement plus de huit masses solaires qui laissent derrière elles des étoiles à neutrons et des trous noirs à la fin de leur évolution. Des événements spectaculaires de fusion de ces systèmes résiduels compacts ont été observés par les observatoires d’ondes gravitationnelles. En outre, des études théoriques proposent un mécanisme magnétique pour l’explosion d’étoiles massives, pertinent pour les sursauts gamma, les éclairs de rayons X et les supernovae.

« Les études des champs magnétiques dans les étoiles massives des galaxies avec de jeunes populations stellaires fournissent des informations cruciales sur le rôle des champs magnétiques dans la formation des étoiles au début de l'Univers avec un gaz de formation d'étoiles non pollué par des métaux », explique le Dr Swetlana Hubrig, du Leibniz. Institut d'astrophysique de Potsdam (AIP) et premier auteur de l'étude.

Défis liés à la mesure du magnétisme stellaire

Les champs magnétiques stellaires sont mesurés par spectropolarimétrie. Pour cela, la lumière des étoiles polarisée circulairement est enregistrée et les plus petits changements dans les raies spectrales sont étudiés. Toutefois, afin d'obtenir les résultats nécessaires précision des mesures de polarisation, cette méthode nécessite des données de haute qualité.

« La méthode est extrêmement gourmande en photons. Il s’agit d’un défi particulier, car même les étoiles massives les plus brillantes, qui ont plus de huit masses solaires, sont relativement pauvres en lumière lorsqu’elles sont observées dans nos galaxies voisines, les Grands et Petits Nuages ​​de Magellan », comme l’explique le Dr Silva Järvinen de l’AIP. .

En raison de ces conditions, les spectropolarimètres conventionnels à haute résolution et les télescopes plus petits ne conviennent pas à de telles investigations. C'est pourquoi nous avons utilisé le spectropolarimètre à basse résolution FORS2, monté sur l'un des quatre télescopes de 8 mètres du Très grand télescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (ESO).

Défis antérieurs et avancées en matière de détection

Les tentatives précédentes visant à détecter des champs magnétiques dans des étoiles massives en dehors de notre galaxie ont échoué. Ces mesures sont complexes et dépendent de plusieurs facteurs. Le champ magnétique mesuré en polarisation circulaire est appelé champ magnétique longitudinal et correspond exclusivement à la composante du champ qui pointe dans la direction de l'observateur. C'est semblable à la lumière provenant d'un phare, qui est facile à voir lorsque le faisceau se dirige vers l'observateur.

Étant donné que la structure du champ magnétique dans les étoiles massives est généralement caractérisée par un dipôle global dont l'axe est incliné par rapport à l'axe de rotation, l'intensité du champ magnétique longitudinal peut être nulle lors des phases de rotation lorsque l'observateur regarde directement l'équateur magnétique de l'étoile massive. étoile. La détectabilité du signal de polarisation dépend également du nombre de caractéristiques spectrales utilisées pour étudier la polarisation. L'observation d'une région spectrale plus large avec un plus grand nombre de caractéristiques spectrales est préférable. De plus, des temps d'exposition plus longs sont cruciaux pour enregistrer des spectres polarimétriques avec un rapport signal/bruit suffisamment élevé.

Observations et découvertes récentes

En tenant compte de ces facteurs importants, l’équipe a effectué des observations spectropolarimétriques de cinq étoiles massives dans les Nuages ​​de Magellan. Dans deux étoiles vraisemblablement uniques présentant des caractéristiques spectrales typiques des étoiles massives magnétiques de notre propre galaxie et dans un système binaire massif en interaction active (Cl*NGC346 SSN7) situé au cœur de la région de formation d'étoiles la plus massive NGC346 dans le Petit Nuage de Magellan, ils ont réussi à détecter des champs magnétiques de l'ordre du kiloGauss. À la surface de notre Soleil, des champs magnétiques aussi puissants ne peuvent être détectés que dans de petites régions hautement magnétisées : les taches solaires.

Les détections de champs magnétiques rapportées dans les Nuages ​​de Magellan présentent la première indication que la formation d'étoiles massives se déroule dans les galaxies avec de jeunes populations stellaires de la même manière que dans notre galaxie.