Des étoiles très massives (VMS), qui ont généralement des masses environ 100 fois celles de notre propre soleil, sont des composantes critiques dans notre compréhension de la formation de structures astronomiques importantes comme les trous noirs et les supernovae. Cependant, il existe certaines caractéristiques observées des VMS qui ne correspondent pas au comportement attendu en fonction des meilleurs modèles dont nous disposons.
En particulier, ils planent autour d'une bande de températures relativement limitée, qui sont difficiles à reproduire avec des modèles d'évolution stellaire typiques.
Un nouvel article de Kendall Shepherd et leurs co-auteurs de l'Institute for Advanced Study (SISSA) en Italie décrit une série de nouveaux modèles basés sur des vents solaires mis à jour qui correspondent mieux aux observations des VMS dans leur environnement naturel, et pourraient aider à comprendre le développement de certains des objets les plus fascinants de l'univers.
Le document a été publié sur le arxiv serveur de préimprimée.
Trouver des VMS est relativement facile – leur taille seule les fait se démarquer dans l'arrière-plan cosmique. Mais une zone particulière est le terrain de chasse fertile pour ces géants – la nébuleuse de la tarentule. Dans cette nébuleuse, il existe un cluster connu sous le nom de cluster R136, qui abrite neuf étoiles avec des masses supérieures à 100 fois notre soleil.
Leur sortie de lumière collective surpasse notre étoile par un facteur de 30 millions. Mais, surtout, les données que nous avons collectées sur eux ont montré des écarts entre ce qui a été modélisé pour eux et ce qui a été observé.
La différence la plus notable était probablement dans la température. Des modèles standard d'évolution stellaire s'attendaient à des oscillations sauvages dans les températures de ces VMS, alors que les étoiles se développent et se contractent dans le cadre de leur cycle évolutif. Cependant, les observations de R136 les montrent à une bande de températures relativement étroite que les modèles actuels ne semblent pas correspondre.
Faire correspondre ces températures est aussi simple que de modifier certains des paramètres du modèle, selon les auteurs. Ils ont implémenté un nouveau type de « prescription de vent stellaire » dans le modèle d'évolution stellaire Parsec v2.0.
Les prescriptions ont augmenté la perte de masse stellaire des VMS près de la limite d'Eddington de l'étoile – le point où la pression du rayonnement extérieur de l'étoile correspond à celle de la pression hydrostatique tenant ses couches extérieures. Si cette limite est dépassée, les couches extérieures de l'étoile sont époustouflées dans des vents solaires énergiques.
Dans leurs modèles Parsec V2.0, les auteurs créent essentiellement des vents solaires intentionnellement forts même aux luminosités en dessous de la limite d'Eddington, créant des interactions intéressantes, en particulier entre les paires binaires.
Bien que les vents solaires puissants d'une VMS puissent rendre les fusions moins probables en raison de la taille diminuée d'une étoile, le vent lui-même peut contribuer à la croissance de l'étoile compagnon, ce qui fait de l'interaction détaillée un problème mathématique intéressant.
Un autre exemple des implications de ces modèles mis à jour concerne la formation de trous noirs. Ils limitent sévèrement la formation de trous noirs autour de l'extrémité inférieure de l'espace de masse d'instabilité des paires, une catégorie de poids où les trous noirs ne devraient pas se former en raison des supernovae d'instabilité des paires, où une étoile produit suffisamment de paires d'électrons-positron pour commencer à s'effondrer sur elle-même, ce qui résulte finalement d'une supernovae, mais pas d'un trou noir.
Les trous noirs singuliers n'étaient pas les seuls objets affectés par le nouveau modèle – les trous noirs qui sont aussi bien. En particulier, les modèles créent plus de systèmes où deux trous noirs d'une taille similaire (environ 30 à 40 masses stellaires) se ferment. Ces types de systèmes sont beaucoup plus rares dans le modèle standard, mais s'alignent avec les données récentes collectées à partir des calculs d'ondes gravitationnelles.
En fin de compte, l'article présente l'importance de comprendre comment les vents stellaires affectent certaines des étoiles les plus massives de l'univers, et donc l'évolution et la création de certains des objets les plus extrêmes de l'univers.
Bien que les paramètres utilisés par les auteurs dans leur modèle correspondent mieux à une grande partie des données, il y a sans aucun doute place à l'amélioration.
