in

Disparaître sans laisser de trace : pourquoi les étoiles disparaissent mystérieusement du ciel nocturne

SciTechDaily

Vue d'artiste du système binaire VTFS 243. Crédit : ESOL. Calçada CC BY 4.0

Des astrophysiciens de l'Université de Copenhague contribuent à expliquer un phénomène mystérieux selon lequel les étoiles disparaissent soudainement du ciel nocturne. Leur étude d'un système d'étoiles binaires inhabituel a abouti à des preuves convaincantes que des étoiles massives peuvent complètement s'effondrer et devenir des trous noirs sans explosion de supernova.

Un jour, l’étoile au centre de notre système solaire, le Soleil, commencera à s’étendre jusqu’à engloutir la Terre. Il deviendra alors de plus en plus instable jusqu'à ce qu'il finisse par se contracter en un objet petit et dense appelé nain blanc.

Cependant, si le Soleil avait une classe de poids environ huit fois supérieure ou supérieure, il s’éteindrait probablement avec un énorme bruit – sous la forme d’une supernova. Son effondrement aboutirait à une explosion, éjectant de l'énergie et de la masse dans l'espace avec une force énorme, avant de laisser derrière lui un étoile à neutrons ou un trou noir dans son sillage.

Bien qu’il s’agisse de connaissances de base sur la mort des étoiles massives, il reste encore beaucoup à comprendre sur le ciel étoilé et la mort spectaculaire de ces étoiles en particulier.

Nuages ​​de Magellan Télescopes auxiliaires ESO VLT

Le système stellaire binaire VFTS 243 est situé dans la galaxie naine « Grand Nuage de Magellan » à la périphérie de la Voie Lactée. Les Nuages ​​de Magellan sont des galaxies satellites de la Voie Lactée. Ces galaxies naines, qui gravitent autour du centre galactique, ne sont visibles que depuis l'hémisphère sud. Ici, on les voit au-dessus des télescopes auxiliaires du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO à Paranal, au Chili. Crédit : JC Muñoz/ESO

De nouvelles recherches menées par des astrophysiciens de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague présentent la preuve la plus solide à ce jour que des étoiles très massives peuvent succomber avec beaucoup plus de furtivité et de discrétion que sous forme de supernovae. En effet, leur enquête suggère que, avec une masse suffisante, l'attraction gravitationnelle d'une étoile peut être si forte qu'aucune explosion n'a lieu après sa mort. Au lieu de cela, l’étoile peut subir ce que l’on appelle un effondrement complet.

« Nous pensons que le noyau d’une étoile peut s’effondrer sous son propre poids, comme cela arrive aux étoiles massives dans la phase finale de leur vie. Mais au lieu que la contraction culmine en une brillante explosion de supernova qui éclipserait sa propre galaxie, attendue pour des étoiles plus de huit fois plus massives que le Soleil, l'effondrement se poursuit jusqu'à ce que l'étoile devienne une étoile. trou noir« , explique le premier auteur Alejandro Vigna-Gómez, qui était postdoctorant à l'Institut Niels Bohr lorsque cette étude a commencé.

Faits et mythes : les étoiles qui disparaissent

Dans les temps modernes, de nombreuses observations d’étoiles ont disparu inexplicablement.

« Une enquête sur rien » dirigée par l'astrophysicien Chris Kochanek est un exemple des efforts de recherche visant activement à rechercher des étoiles en voie de disparition et des explications à leur disparition.

Le lecteur curieux peut également se plonger dans des descriptions historiques. Celles-ci sont souvent liées à des étoiles soudainement lumineuses qui disparaissent, conformément aux scénarios de supernova. Mais il existe d’autres histoires sur la disparition soudaine d’étoiles, comme le mythe grec associé à l’amas d’étoiles des Pléiades, communément appelé les Sept Sœurs. Le mythe des Pléiades décrit les sept filles du titan Atlas et de la nymphe Pléioné. Selon le mythe, l'une de leurs filles a épousé un humain et s'est cachée, ce qui fournit une explication très peu scientifique, mais belle, de la raison pour laquelle nous ne voyons que six étoiles dans les Pléiades.

Cette découverte est liée au phénomène des étoiles disparues, qui intéresse les astronomes depuis quelques années, et elle pourrait fournir à la fois un exemple concret et une explication scientifique plausible à de tels phénomènes.

« Si l’on regardait une étoile visible en train de s’effondrer totalement, cela pourrait, juste au bon moment, être comme regarder une étoile s’éteindre soudainement et disparaître du ciel. L'effondrement est si complet qu'aucune explosion ne se produit, rien ne s'échappe et on ne verrait aucune supernova brillante dans le ciel nocturne. Les astronomes ont en fait observé la disparition soudaine d’étoiles brillantes ces derniers temps. Nous ne pouvons pas être sûrs d'un lien, mais les résultats que nous avons obtenus en analysant VFTS 243 nous ont rapprochés d'une explication crédible », déclare Alejandro Vigna-Gómez.

Tarentule Nébuleuse Webb

Vue du télescope spatial Webb de la nébuleuse de la Tarentule, où se trouve le VTFS 243. Crédit : NASA, ESA, CSA et STScI

Un système stellaire inhabituel sans aucun signe d’explosion

Cette découverte a été motivée par l'observation récente d'un système stellaire binaire inhabituel à la limite de notre galaxie appelé VFTS 243. Ici, une grande étoile et un trou noir environ 10 fois plus massifs que notre Soleil tournent autour l'un de l'autre.

Les scientifiques connaissent l'existence de tels systèmes d'étoiles binaires dans le monde. voie Lactée depuis des décennies, où l'une des étoiles est devenue un trou noir. Mais la récente découverte de VFTS 243, juste au-delà de la Voie lactée, dans le Grand Nuage de Magellan, est quelque chose de vraiment spécial.

Faits : les trous noirs

Même la lumière ne peut s’échapper des trous noirs. Ils ne peuvent donc pas être observés directement. Cependant, certains trous noirs peuvent être identifiés en raison de la grande quantité d’énergie émise par les gaz en rotation autour d’eux. D'autres, comme dans le cas de VFTS 243, peuvent être observés par l'influence qu'ils exercent sur les étoiles avec lesquelles ils orbitent.

En général, les astronomes pensent qu’il existe trois types de trous noirs :

Les trous noirs stellaires – comme ceux du système VFTS 243 – se forment lorsque des étoiles pesant plus de huit fois la masse du Soleil s’effondrent. Les scientifiques pensent qu’il pourrait y en avoir jusqu’à 100 millions dans notre seule galaxie.

On pense que les trous noirs supermassifs – 100 000 à 10 milliards de fois la masse du Soleil – se trouvent au centre de presque toutes les galaxies. Sagittaire A* est le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, la Voie Lactée.

Les trous noirs de masse intermédiaire (IMBH) – 100 à 100 000 fois la masse de notre Soleil – ont longtemps été un chaînon manquant. Ces dernières années, un certain nombre de candidats crédibles ont émergé.

Il existe également des théories décrivant d’autres types de trous noirs, qui n’ont pas encore été découverts. L’un d’entre eux, appelé trous noirs primordiaux, se serait formé au tout début de l’univers et pourrait théoriquement être microscopique.

« Normalement, les événements de supernova dans les systèmes stellaires peuvent être mesurés de différentes manières après leur apparition. Mais malgré le fait que VFTS 243 contienne une étoile qui s'est effondrée dans un trou noir, les traces d'une explosion sont introuvables. VFTS 243 est un système extraordinaire. L'orbite du système a à peine changé depuis l'effondrement de l'étoile dans un trou noir », explique Alejandro Vigna-Gómez.

Les chercheurs ont analysé les données d'observation à la recherche d'une série de signes que l'on pourrait attendre d'un système stellaire ayant subi une explosion de supernova dans le passé. En général, ils ont trouvé les preuves d’un tel événement mineures et peu convaincantes.

Le système ne montre aucun signe de « coup de pied natal » significatif, une accélération des objets en orbite. Elle est également très symétrique, presque parfaitement circulaire sur son orbite, et les signes restants de la libération d'énergie lors de l'effondrement du noyau de l'ancienne étoile indiquent un type d'énergie compatible avec un effondrement complet.

« Notre analyse montre sans équivoque que le trou noir de VFTS 243 s'est très probablement formé immédiatement, l'énergie étant principalement perdue via les neutrinos », explique le professeur Irene Tamborra de l'Institut Niels Bohr, qui a également participé à l'étude.

Un système de référence pour les études futures

Selon le professeur Tamborra, le système VFTS 243 ouvre la possibilité de comparer enfin toute une gamme de théories astrophysiques et de calculs de modèles avec des observations réelles. Elle s’attend à ce que le système stellaire soit important pour étudier l’évolution et l’effondrement des étoiles.

«Nos résultats mettent en évidence VFTS 243 comme le meilleur cas observable à ce jour pour la théorie des trous noirs stellaires formés par effondrement total, où l'explosion de la supernova échoue et dont nos modèles ont montré la possibilité. Il s’agit d’une confrontation importante avec la réalité pour ces modèles. Et nous espérons certainement que le système servira de référence cruciale pour les futures recherches sur l’évolution et l’effondrement des étoiles », déclare le professeur.

Informations supplémentaires : le « coup de pied natal » manquant et autres signes (absents) d'une supernova

Le « Natal Kick » n’est pas là

Les forces violentes d’une supernova affectent directement les étoiles à neutrons ou les trous noirs qu’elle laisse naître, en raison de l’émission asymétrique de matière lors de l’explosion. C’est ce que les chercheurs appellent un « coup de pied natal ». Ce coup de pied provoque l'accélération de l'objet compact. Un coup de pied natal donnera normalement aux étoiles à neutrons une vitesse mesurable de 100 à 1 000 km par seconde. La vitesse devrait être moindre pour les trous noirs, mais toujours significative.

Étant donné que le trou noir du système VFTS 243 ne semble avoir été accéléré qu'à environ 4 km/s, il ne montre aucun signe d'avoir reçu un coup de pied natal substantiel, comme on pourrait s'y attendre s'il avait subi une supernova.

De même, la symétrie de l'orbite d'un système stellaire montre généralement des signes indiquant qu'il a ressenti l'impact d'une violente explosion de supernova, en raison de l'éjection de matière qui se produit. Au lieu de cela, les chercheurs ont trouvé une symétrie.

« L'orbite de VFTS est presque circulaire et notre analyse indique qu'il n'y a aucun signe de grandes asymétries lors de l'effondrement. Cela indique encore une fois l'absence d'explosion », déclare Alejandro Vigna Gomez.

Une explosion d'énergie

En analysant l’orbite du système stellaire binaire, l’équipe a également pu calculer la quantité de masse et d’énergie libérée lors de la formation du trou noir.

Leurs estimations sont cohérentes avec un scénario dans lequel le petit coup de pied provoqué lors de l'effondrement stellaire n'était pas dû à la matière baryonique, qui comprend des neutrons et des protons, mais plutôt à ce qu'on appelle les neutrinos. Les neutrinos ont très peu de masse et interagissent très faiblement. C'est une autre indication que le système n'a pas subi d'explosion.

Les chercheurs suivants ont contribué à la recherche :

Alejandro Vigna-Gómez, Irene Tamborra, Hans-Thomas Janka, Daniel Kresse, Reinhold Willcox, Ilya Mandel, Mathieu Renzo, Tom Wagg, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar, Thomas M. Tauris

Les chercheurs sont affiliés à plusieurs instituts de recherche :

  • Institut Niels Bohr, Université de Copenhague – Académie internationale et DARK
  • Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Allemagne
  • Institut d'Astronomie, KU Leuven, Louvain, Belgique
  • École de physique et d'astronomie, Université Monash, Clayton, Australie
  • Centre d'excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles — OzGrav, Australie
  • Centre d'astrophysique computationnelle, Flatiron Institute, New York, États-Unis
  • Observatoire Steward, Université de l'Arizona, Tucson, États-Unis
  • Département d'Astronomie, Université de WashingtonSeattle, États-Unis
  • Université technique de Munich, École des sciences naturelles TUM, Département de physique, Garching, Allemagne
  • Observatoire européen austral, Garching, Allemagne
  • École de physique et d'astronomie, Université de Tel Aviv, Tel Aviv, Israël
  • Université d'Aalborg, Aalborg, Danemark
Les procureurs ont eu deux derniers mots pour le jury Trump : Stormy Daniels

Les procureurs ont eu deux derniers mots pour le jury Trump : Stormy Daniels

SciTechDaily

La recherche de pointe sur les phages promet de nouvelles solutions pour les anciens pathogènes