Les chercheurs ont découvert que les champs magnétiques sont beaucoup plus répandus dans les systèmes stellaires comportant des étoiles bleues massives qu’on ne le pensait auparavant. Cette découverte, réalisée à partir de données spectropolarimétriques, apporte un nouvel éclairage sur l’évolution et la mort explosive de ces étoiles, modifiant notre compréhension de leur rôle dans l’univers. Crédit : Issues.fr.com
Une nouvelle étude révèle que les champs magnétiques sont courants dans les systèmes stellaires comportant de grandes étoiles bleues, remettant en question les croyances antérieures et fournissant un aperçu de l’évolution et de la nature explosive de ces étoiles massives.
Des astronomes de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP), de l’Observatoire européen austral (ESO), et le MIT L’Institut Kavli et le Département de physique ont découvert que les champs magnétiques dans plusieurs systèmes stellaires comportant au moins une étoile géante bleue chaude sont beaucoup plus courants que ne le pensaient les scientifiques. Les résultats améliorent considérablement la compréhension des étoiles massives et de leur rôle en tant que progéniteurs des explosions de supernova.
Caractéristiques des étoiles de type O
Les étoiles bleues, dites de type O, appartiennent aux étoiles les plus massives de notre univers, avec des masses plus de 18 fois supérieures à celles de notre Soleil. Bien qu’elles soient rares, elles sont si chaudes et lumineuses que quatre des 90 étoiles les plus brillantes visibles depuis la Terre appartiennent à cette catégorie.
Ils revêtent une importance extraordinaire car ils sont à l’origine de processus physiques énergétiques qui affectent la structure de galaxies entières et enrichissent chimiquement la région située entre les étoiles. Les régions de formation active d’étoiles, comme les bras spiraux d’une galaxie, ou dans les galaxies en cours de collision ou de fusion, sont les endroits où se trouvent généralement ces étoiles.
Ces étoiles massives présentent un intérêt particulier pour les études magnétiques, car elles terminent leur évolution de manière explosive en tant que supernova, laissant derrière elles un objet compact, tel qu’une étoile à neutrons ou un trou noir, comme vestige.
Les systèmes stellaires binaires et leur évolution
Les binaires sont des systèmes de deux étoiles liées gravitationnellement qui orbitent l’une autour de l’autre. Si les deux composants sont des étoiles de type O, ce système peut devenir un objet binaire compact. La destination finale des étoiles très massives est un trou noir, tandis que les étoiles de type O les moins massives se transforment en étoiles à neutrons lorsqu’elles « meurent » en supernova. Les binaires peuvent se terminer par deux étoiles à neutrons, une étoile à neutrons et un trou noir, ou deux trous noirs. Les orbites de ces objets se dégradent via l’émission de ondes gravitationnelles et sont observables par des détecteurs d’ondes gravitationnelles.
La magnétosphère est une région de l’espace entourant un objet astronomique dans laquelle les particules chargées sont affectées par le champ magnétique de cet objet. Les lignes blanches représentent les lignes du champ magnétique formant la magnétosphère. Les pôles magnétiques se trouvent en haut et en bas de l’étoile de gauche. La couleur la plus brillante est utilisée pour une distribution de densité plus élevée du gaz. Un disque de gaz est visible comme la concentration de la distribution de la densité du gaz dans le plan équatorial (magnétique). Crédit : AIP/M. Kuker
Vents stellaires et magnétosphères
Comme le Soleil, les étoiles massives ont des vents stellaires – un flux énergétique de particules chargées. Ces plasma les vents réagissent aux champs magnétiques et peuvent créer une structure, la magnétosphère. Toutes les étoiles et planètes dotées de champs magnétiques, y compris la Terre, possèdent une magnétosphère. Il protège la Terre des rayonnements énergétiques cosmiques. Le plasma, qui peut se déplacer à des milliers de kilomètres par seconde, est soumis à des forces centrifuges extrêmes. Il a été proposé que ce mécanisme magnétique puisse être à l’origine de l’explosion étroitement groupée d’étoiles massives, pertinente pour les sursauts gamma de longue durée, les éclairs de rayons X et d’autres caractéristiques des supernovae.
Champs magnétiques dans les étoiles massives
Alors qu’une explication théorique de l’influence des champs magnétiques sur les supernovae ou les sursauts gamma de longue durée a été proposée il y a des décennies, depuis lors, seules onze étoiles de type O ont été signalées comme hébergeant des champs magnétiques. Toutes, à l’exception d’une étoile, étaient des étoiles uniques ou en larges binaires. C’était un fait très curieux, car des études antérieures avaient montré que plus de 90 % des étoiles de type O se forment dans plusieurs systèmes, avec deux étoiles ou plus. En effet, de nombreux théoriciens ont été mystifiés par le nombre plutôt faible de champs magnétiques détectés dans les étoiles massives, car ils ne pouvaient pas interpréter certaines des caractéristiques physiques observées de plusieurs systèmes sans tenir compte de l’effet d’un champ magnétique.
Pour résoudre cette divergence, les auteurs ont réalisé une étude magnétique, en utilisant des observations spectropolarimétriques d’archives de systèmes stellaires avec au moins une composante de type O. La spectropolarimétrie mesure la polarisation de la lumière, ce qui renseigne sur l’existence d’un champ magnétique dans une étoile. Ils ont utilisé les données des spectropolarimètres à haute résolution HARPES, installé au télescope ESO de 3,6 m à La Silla/Chili, et ESPaDOnS au télescope Canada-France-Hawaï à Mauna Kea. Pour analyser les données, ils ont développé une procédure spéciale et sophistiquée pour les mesures du champ magnétique.
« À notre grande surprise, les résultats ont montré un taux d’apparition de magnétisme très élevé dans ces multiples systèmes. 22 des 36 systèmes étudiés ont définitivement détecté des champs magnétiques, tandis que trois systèmes seulement n’ont montré aucun signe de champ magnétique », explique le Dr Silva Järvinen de la section Physique stellaire et exoplanètes de l’AIP.
« Le grand nombre de systèmes comportant des composants magnétiques présente un mystère, mais indique probablement que le fait que ces étoiles se soient développées de manière binaire joue un rôle déterminant dans la génération de champs magnétiques dans les étoiles massives via l’interaction entre les composants du système, comme le transfert de masse. entre deux des étoiles, voire un événement de fusion de deux étoiles. Ce travail est également la toute première confirmation observationnelle du scénario théorique suggéré précédemment sur la manière dont le champ magnétique d’une étoile affecte sa mort, lui permettant d’exploser plus rapidement et avec plus d’énergie », poursuit le Dr Swetlana Hubrig.
