Les nouvelles recherches de l'Université Northwestern utilisant des simulations de 1 000 étoiles autour du trou noir supermassif de la Voie lactée, Sagittarius A*, révèlent que des collisions stellaires à grande vitesse conduisent à la formation d'étoiles d'apparence jeune. Ces étoiles deviennent soit dénudées et de faible masse, soit fusionnent en entités massives, présentant une apparence rajeunie malgré leurs origines anciennes. Crédit : Issues.fr.com
De nouvelles recherches retracent le destin des étoiles vivant à proximité du voie Lactéeest central trou noir.
Malgré leur âge ancien, certaines étoiles en orbite autour du trou noir supermassif central de la Voie lactée semblent trompeusement jeunes. Mais contrairement aux humains, qui peuvent paraître rajeunis après une nouvelle série d’injections de collagène, ces étoiles paraissent jeunes pour une raison bien plus sombre.
Ils ont mangé leurs voisins.
Ceci n’est qu’une des découvertes les plus étranges de nouveaux Université du nord-ouest recherche. À l'aide d'un nouveau modèle, les astrophysiciens ont retracé les voyages violents de 1 000 étoiles simulées en orbite autour du trou noir supermassif central de notre galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*).
Si densément peuplée d’étoiles, la région est régulièrement confrontée à de brutales collisions stellaires. En simulant les effets de ces collisions intenses, les nouveaux travaux révèlent que les survivants des collisions peuvent perdre de la masse pour devenir des étoiles dénudées et de faible masse ou fusionner avec d'autres étoiles pour devenir massives et rajeunies en apparence.
« La région autour du trou noir central est dense avec des étoiles se déplaçant à des vitesses extrêmement élevées », a déclaré Sanaea C. Rose de Northwestern, qui a dirigé la recherche. « C'est un peu comme traverser une station de métro incroyablement bondée à New York aux heures de pointe. Si vous n'entrez pas en collision avec d'autres personnes, vous les dépassez de très près. Pour les étoiles, ces quasi-collisions les font toujours interagir gravitationnellement. Nous voulions explorer ce que ces collisions et interactions signifient pour la population stellaire et caractériser leurs résultats.
Cette illustration montre les orbites d'étoiles très proches de Sagittarius A*, un trou noir supermassif au cœur de la Voie Lactée. Crédit : ESO / L. Calçada / Spaceengine.org
Rose a présenté cette recherche aujourd'hui (4 avril) lors de la réunion d'avril de l'American Physical Society (APS) à Sacramento, en Californie. « Collisions stellaires dans le centre galactique » faisait partie de la session « Astrophysique des particules et centre galactique ».
Rose est boursière postdoctorale Lindheimer au Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique (CIERA) de Northwestern. Elle a commencé ce travail en tant que doctorante. candidat à UCLAoù elle a été conseillée par l'astrophysicien et ancien boursier postdoctoral du Nord-Ouest Smadar Naoz.
Destiné à entrer en collision
Le centre de notre Voie Lactée est un endroit étrange et sauvage. L’attraction gravitationnelle de Sgr A* accélère les étoiles pour qu’elles tournent autour de leurs orbites à des vitesses terrifiantes. Et le nombre d’étoiles regroupées au centre de la galaxie dépasse le million. Le cluster densément peuplé et les vitesses ultra-rapides équivalent à un derby de démolition à grande vitesse. Dans la région la plus intérieure – à moins de 0,1 parsec du trou noir – peu d’étoiles s’en sortent indemnes.
« L'étoile la plus proche de notre soleil est à environ quatre années-lumière », a expliqué Rose. « À cette même distance, près du trou noir supermassif, se trouvent plus d’un million d’étoiles. C'est un quartier incroyablement peuplé. De plus, le trou noir supermassif a une très forte attraction gravitationnelle. Lorsqu’elles tournent autour du trou noir, les étoiles peuvent se déplacer à des milliers de kilomètres par seconde.
Dans ce quartier étroit et mouvementé, les étoiles peuvent entrer en collision avec d’autres étoiles. Et plus les étoiles sont proches du trou noir supermassif, plus la probabilité de collision augmente. Curieux des résultats de ces collisions, Rose et ses collaborateurs ont développé une simulation pour retracer le destin des populations stellaires dans le centre galactique. La simulation prend en compte plusieurs facteurs : densité de l'amas stellaire, masse des étoiles, vitesse d'orbite, gravité et distances au Sgr A*.
Des « High Five violents » aux fusions totales
Dans ses recherches, Rose a identifié un facteur le plus susceptible de déterminer le sort d’une étoile : sa distance par rapport au trou noir supermassif.
À moins de 0,01 parsec du trou noir, les étoiles – se déplaçant à des vitesses atteignant des milliers de kilomètres par seconde – se heurtent constamment. Il s'agit rarement d'une collision frontale et plutôt d'un « high five violent », comme le décrit Rose. Les impacts ne sont pas assez forts pour briser complètement les étoiles. Au lieu de cela, ils perdent leurs couches externes et continuent à accélérer le long de la trajectoire de collision.
«Ils se frappent et continuent», a déclaré Rose. «Ils se frôlent comme s'ils échangeaient un high-five très violent. Cela amène les étoiles à éjecter de la matière et à perdre leurs couches externes. En fonction de la vitesse à laquelle ils se déplacent et de l'ampleur de leur chevauchement lorsqu'ils entrent en collision, ils peuvent perdre une grande partie de leurs couches externes. Ces collisions destructrices donnent naissance à une population d’étoiles étranges, dépouillées et de faible masse.
En dehors de 0,01 parsec, les étoiles se déplacent à un rythme plus détendu : des centaines de kilomètres par seconde au lieu de milliers. En raison de leurs vitesses plus lentes, ces étoiles entrent en collision les unes avec les autres mais n'ont pas assez d'énergie pour s'échapper. Au lieu de cela, ils fusionnent pour devenir plus massifs. Dans certains cas, ils pourraient même fusionner plusieurs fois pour devenir 10 fois plus massifs que notre soleil.
« Quelques stars gagnent à la loterie des collisions », a déclaré Rose. « Grâce aux collisions et aux fusions, ces étoiles collectent davantage d’hydrogène. Bien qu’ils soient issus d’une population plus âgée, ils se font passer pour des stars rajeunies et d’apparence jeune. Ils sont comme des étoiles zombies ; ils mangent leurs voisins.
Mais cette apparence jeune se fait au prix d’une espérance de vie plus courte.
« Ils meurent très vite », a déclaré Rose. « Les étoiles massives ressemblent en quelque sorte à des voitures géantes et énergivores. Ils commencent avec beaucoup d’hydrogène, mais ils le brûlent très, très rapidement. »
Un environnement extrême « pas comme les autres »
Bien que Rose trouve une joie simple à étudier la région étrange et extrême proche de notre centre galactique, son travail peut également révéler des informations sur l'histoire de la Voie Lactée. Et comme l’amas central est extrêmement difficile à observer, les simulations de son équipe peuvent éclairer des processus autrement cachés.
«C'est un environnement qui ne ressemble à aucun autre», a déclaré Rose. « Les étoiles, qui sont sous l’influence d’un trou noir supermassif dans une région très peuplée, ne ressemblent à rien de ce que nous verrons jamais dans notre propre voisinage solaire. Mais si nous pouvons en apprendre davantage sur ces populations stellaires, nous pourrons peut-être apprendre quelque chose de nouveau sur la façon dont le centre galactique a été assemblé. À tout le moins, cela apporte certainement un point de contraste pour le quartier dans lequel nous vivons.
La présentation APS de Rose comprenait des recherches publiées par Le Lettres de journaux astrophysiques en mars 2024 et d'ici Le Journal d'astrophysique en septembre 2023.
Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation (numéro de subvention AST 2206428) et NASA (numéro de subvention 80NSSC20K050) ainsi que par la bourse Charles E. Young, la bourse d'année de thèse à l'UCLA, la bourse Thacher, le Bhaumik Institute et la bourse CIERA Lindheimer.
