Ancêtre du monstre magnétique : les astronomes découvrent un étrange nouveau type d’étoile

Une équipe de recherche identifie une étoile très inhabituelle qui pourrait évoluer en magnétar, l’objet le plus magnétique de l’Univers connu.

Les astronomes ont découvert une étoile très inhabituelle qui possède le champ magnétique le plus puissant jamais trouvé dans une étoile massive – et qui pourrait devenir l’un des objets les plus magnétiques de l’Univers : une variante d’un étoile à neutrons connu sous le nom de magnétar. Cette découverte marque la découverte d’un nouveau type d’objet astronomique – une étoile massive à hélium magnétique – et met en lumière l’origine des magnétars.

Comprendre les étoiles à neutrons et les magnétars

Les étoiles à neutrons sont les restes denses laissés par une étoile massive après son explosion en supernova. Ces restes sont considérés comme la matière la plus dense de l’Univers. Certaines étoiles à neutrons, connues sous le nom de magnétars, revendiquent également le record des champs magnétiques les plus puissants de tous les objets. Comment les magnétars, qui ne mesurent que 15 kilomètres (9 miles) de diamètre, forment et produisent des champs magnétiques aussi colossaux reste un mystère.

Cette vue d’artiste illustre le sort ultime du HD 45166 après l’effondrement de son noyau, donnant naissance à une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique d’environ 100 000 milliards de gauss, le type d’aimant le plus puissant de l’Univers. Crédit : NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld/M. Zamani

Le lien entre les étoiles à hélium et les magnétars

Nouvelles observations réalisées par une équipe d’astronomes, dont ceux de la NSF Laboratoire NOIRd’André-Nicolas Chené, pourraient apporter un éclairage important sur l’origine de ces centrales magnétiques. À l’aide de divers télescopes à travers le monde, dont le Télescope Canada-France-Hawai’i (CFHT) sur Maunakea,⁽¹⁾ les chercheurs ont identifié un nouveau type d’objet astronomique : une étoile massive à hélium magnétique. Cette variante inhabituelle d’une étoile Wolf-Rayet pourrait être le précurseur d’un magnétar.

Chené a expliqué : « Pour la première fois, un champ magnétique puissant a été découvert dans une étoile massive à hélium. Notre étude suggère que cette étoile à hélium finira sa vie en tant que magnétar.

Mystères de HD 45166

Malgré l’examen minutieux des astronomes depuis plus d’un siècle, la véritable nature de cette étoile, nommée HD 45166, restait pratiquement inconnue. Seuls des faits fondamentaux avaient été découverts, notamment le fait qu’elle était riche en hélium, légèrement plus grande que notre Soleil et qu’elle faisait partie d’un système binaire.

Cette vue d’artiste illustre comment, dans quelques millions d’années, HD 45166 explosera sous la forme d’une supernova très brillante, mais pas particulièrement énergétique. Lors de cette explosion, son noyau va se contracter, piégeant et concentrant les lignes de champ magnétique déjà redoutables de l’étoile. Crédit : NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld/M. Zamani

« Cette étoile est devenue une de mes obsessions », a déclaré Tomer Shenar, astronome à l’Université d’Amsterdam et auteur principal d’une étude publiée dans la revue Science. Ayant déjà étudié des étoiles similaires riches en hélium, Shenar a été intrigué par les caractéristiques inhabituelles de HD 45166, qui possède certaines des caractéristiques d’une étoile Wolf-Rayet, mais avec une signature spectrale unique. Il soupçonnait que les champs magnétiques pouvaient expliquer ces caractéristiques déroutantes. « Je me souviens d’avoir eu un moment Eurêka en lisant la littérature : ‘Et si l’étoile était magnétique ?' », a-t-il déclaré.

Shenar, Chené et leurs collaborateurs ont entrepris de tester cette hypothèse en effectuant de nouvelles observations spectroscopiques de ce système stellaire avec le CFHT. Ces observations ont révélé que cette étoile possède un champ magnétique d’une puissance phénoménale, d’environ 43 000 gauss,⁽²⁾ le champ magnétique le plus puissant jamais découvert dans une étoile massive. En étudiant également ses interactions avec son étoile compagne, l’équipe a pu faire des estimations précises de sa masse et de son âge.

André-Nicolas Chené, astronome du NOIRLab, explique comment les astronomes ont découvert une étoile très inhabituelle qui possède le champ magnétique le plus puissant jamais trouvé dans une étoile massive – et qui pourrait devenir l’un des objets les plus magnétiques de l’Univers : une variante d’une étoile à neutrons connu sous le nom de magnétar. Cette découverte marque la découverte d’un nouveau type d’objet astronomique – une étoile massive à hélium magnétique – et met en lumière l’origine des magnétars. Crédit : NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld

Les chercheurs supposent que, contrairement à d’autres étoiles à hélium qui évoluent finalement à partir d’une supergéante rouge, cette étoile particulière a probablement été créée par la fusion d’une paire d’étoiles de masse intermédiaire.

« Il s’agit d’un scénario très spécifique, qui soulève la question de savoir combien de magnétars proviennent de systèmes similaires et combien proviennent d’autres types de systèmes », a déclaré Chené.

L’avenir du HD 45166 et de Magnetar Origins

Dans plusieurs millions d’années, HD 45166, située à 3000 années-lumière dans la constellation du Monocéros (la Licorne), explosera sous la forme d’une supernova très brillante, mais pas particulièrement énergétique. Lors de cette explosion, son noyau va se contracter, piégeant et concentrant les lignes de champ magnétique déjà redoutables de l’étoile. Le résultat sera une étoile à neutrons avec un champ magnétique d’environ 100 000 milliards de gauss – le type d’aimant le plus puissant de l’Univers.

« Nous pensions que les candidats magnétars les plus probables proviendraient des étoiles les plus massives », a déclaré Chené. « Ce que cette recherche nous montre, c’est que des étoiles beaucoup moins massives peuvent quand même devenir un magnétar, si les conditions sont réunies. »

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Étoiles massives à hélium magnétique : un nouveau type d’objet astronomique.

Remarques

1. L’équipe s’est également appuyée sur des données d’archives clés prises avec le spectrographe optique à portée étendue alimenté par fibre (FEROS) à ESOL’Observatoire de La Silla au Chili.
2. Gauss est une unité de mesure de l’induction magnétique, également connue sous le nom de densité de flux magnétique (essentiellement, une mesure de la force magnétique). Le champ magnétique polaire typique du Soleil est de 1 à 2 gauss, tandis que les taches solaires peuvent atteindre une intensité de champ magnétique d’environ 3 000 gauss.