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Une étoile à hypervitesse repérée traversant la Voie Lactée à 1,3 million de km/h

SciTechDaily

Une simulation d'une explication possible de la vitesse d'une sous-naine L nommée CWISE J124909+362116.0 la montre comme faisant partie d'une paire binaire de naine blanche qui s'est terminée par l'explosion de la naine blanche en supernova. Crédit : Adam Makarenko / Observatoire WM Keck

Un sous-nain L récemment découvert effectue un voyage inhabituel à travers notre galaxie.

Le Soleil tourne autour de voie Lactée à 220 kilomètres par seconde, mais une étoile encore plus rapide, J1249+36, a été découverte se déplaçant à environ 600 kilomètres par seconde. Découverte par le projet de science citoyenne Backyard Worlds : Planet 9, cette étoile sous-naine à hypervitesse L pourrait potentiellement quitter la Voie lactée.

Le mouvement du soleil dans la galaxie

Il peut sembler que le Soleil est stationnaire alors que les planètes sur son orbite se déplacent, mais le Soleil tourne en réalité autour de la Voie lactée à une vitesse impressionnante d'environ 220 kilomètres par seconde, soit près d'un demi-million de kilomètres par heure. Aussi rapide que cela puisse paraître, lorsqu’une faible étoile rouge a été découverte traversant le ciel à un rythme remarquablement rapide, les scientifiques l’ont remarqué.

Découverte d'une étoile à hypervitesse

Grâce aux efforts d'un projet de science citoyenne appelé Backyard Worlds: Planet 9 et d'une équipe d'astronomes de tout le pays, une rare étoile sous-naine L à hypervitesse a été trouvée traversant la Voie Lactée. Plus remarquable encore, cette étoile pourrait être sur une trajectoire qui la ferait quitter complètement la Voie lactée. La recherche, dirigée par Adam Burgasser, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Californie à San Diego, a été présentée aujourd'hui lors d'une conférence de presse lors du 244ème réunion nationale de l'American Astronomical Society (AAS) à Madison, Wisconsin.

L'étoile, joliment nommée CWISE J124909+362116.0 (« J1249+36 »), a été remarquée pour la première fois par certains des plus de 80 000 volontaires scientifiques citoyens participant au projet Backyard Worlds : Planet 9, qui examinent d'énormes quantités de données collectées au cours du passé. 14 ans par NASALa mission WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de . Ce projet capitalise sur la grande capacité des humains, qui sont programmés au cours de l’évolution pour rechercher des modèles et repérer des anomalies d’une manière inégalée par la technologie informatique. Les volontaires marquent les objets en mouvement dans des fichiers de données et lorsqu'un nombre suffisant de volontaires marquent le même objet, les astronomes enquêtent.

Définitions

Naine brune : une classe d’objets célestes trop grande pour être considérée comme une planète « géante gazeuse » comme Jupitermais trop petit pour alimenter la fusion nucléaire d'une étoile.

Nain blanc: le reste dense et compact d’une étoile qui a épuisé tout son combustible nucléaire.

Sous-nain : une classe d'étoiles déficientes en éléments autres que l'hydrogène ou l'hélium et qui sont généralement les étoiles les plus anciennes de la Voie Lactée.

Analyser la vitesse et la composition de l'étoile

J1249+36 s'est immédiatement démarqué par la vitesse à laquelle il se déplace dans le ciel, initialement estimée à environ 600 kilomètres par seconde (1,3 million de miles par heure). À cette vitesse, l’étoile est suffisamment rapide pour échapper à la gravité de la Voie lactée, ce qui en fait une étoile potentielle « à hypervitesse ».

Pour mieux comprendre la nature de cet objet, Burgasser s'est tourné vers l'observatoire WM Keck de Maunakea, à Hawaï, pour mesurer son spectre infrarouge. Ces données ont révélé que l’objet était une sous-naine L rare – une classe d’étoiles avec une masse et une température très faibles. Les sous-naines représentent les étoiles les plus anciennes de la Voie Lactée.

Nouveaux modèles d’atmosphère et résultats

La compréhension de la composition de J1249 + 36 a été rendue possible grâce à un nouvel ensemble de modèles d'atmosphère créés par Roman Gerasimov, ancien élève de l'UC San Diego, qui a travaillé avec Efrain Alvarado III, chercheur à l'UC LEADS, pour générer des modèles spécifiquement adaptés à l'étude des sous-nains L. « C'était passionnant de voir que nos modèles étaient capables de correspondre avec précision au spectre observé », a déclaré Alvarado, qui présente ses travaux de modélisation lors de la réunion de l'AAS.

Les données spectrales, ainsi que les données d'imagerie de plusieurs télescopes au sol, ont permis à l'équipe de mesurer avec précision la position et la vitesse de J1249+36 dans l'espace, et ainsi de prédire son orbite à travers la Voie Lactée. « C'est là que la source est devenue très intéressante, car sa vitesse et sa trajectoire montraient qu'elle se déplaçait suffisamment vite pour potentiellement s'échapper de la Voie Lactée », a déclaré Burgasser.

Saviez-vous?

À une vitesse de 220 km/s, il faudra au Soleil plus de 200 millions d’années pour orbiter autour de la Voie lactée. C’est ce qu’on appelle l’année galactique du Soleil.

L'ancien élève Roman Gerasimov, co-auteur de l'étude, a récemment reçu le très sélectif prix de doctorat de l'Union astronomique internationale pour ses travaux sur la modélisation des naines brunes dans les amas globulaires.

Qu’est-ce qui a donné un coup de pied à cette étoile ?

Les chercheurs se sont concentrés sur deux scénarios possibles pour expliquer la trajectoire inhabituelle de J1249+36. Dans le premier scénario, J1249+36 était à l'origine le compagnon de faible masse d'un nain blanc. Les naines blanches sont les noyaux restants d’étoiles qui ont épuisé leur combustible nucléaire et se sont éteintes. Lorsqu’un compagnon stellaire se trouve sur une orbite très proche d’une naine blanche, il peut transférer de la masse, entraînant des explosions périodiques appelées novae. Si la naine blanche collecte trop de masse, elle peut s’effondrer et exploser sous forme de supernova.

« Dans ce type de supernova, la naine blanche est complètement détruite, donc son compagnon est libéré et s'envole à la vitesse orbitale à laquelle il se déplaçait à l'origine, avec également un petit coup de pied dû à l'explosion de la supernova », a déclaré Burgasser. « Nos calculs montrent que ce scénario fonctionne. Cependant, la naine blanche n'est plus là et les restes de l'explosion, qui s'est probablement produite il y a plusieurs millions d'années, se sont déjà dissipés, nous n'avons donc pas de preuve définitive de son origine.»

Dans le deuxième scénario, J1249+36 était à l’origine membre d’un amas globulaire, un amas d’étoiles étroitement lié, immédiatement reconnaissable à sa forme sphérique distincte. Les centres de ces amas devraient contenir des trous noirs d’une large gamme de masses. Ces trous noirs peuvent également former des systèmes binaires, et de tels systèmes s’avèrent être d’excellentes catapultes pour toutes les étoiles qui s’approchent trop près d’eux.

« Quand une star rencontre un trou noir binaire, la dynamique complexe de cette interaction à trois corps peut faire sortir cette étoile de l'amas globulaire », a expliqué Kyle Kremer, nouveau professeur adjoint au département d'astronomie et d'astrophysique de l'UC San Diego. Kremer a effectué une série de simulations et a découvert qu'en de rares occasions, ce type d'interactions peut expulser un sous-nain de faible masse d'un amas globulaire et le suivre sur une trajectoire similaire à celle observée pour J1249+36.

« Cela démontre une preuve de concept », a déclaré Kremer, « mais nous ne savons pas réellement de quel amas globulaire est issue cette étoile. » Retracer J1249+36 dans le temps le place dans une partie du ciel très peuplée qui peut cacher des amas non découverts.

Recherches futures et composition élémentaire

Pour déterminer si l'un de ces scénarios, ou un autre mécanisme, peut expliquer la trajectoire de J1249+36, Burgasser a déclaré que l'équipe espère examiner de plus près sa composition élémentaire. Par exemple, lorsqu’une naine blanche explose, elle crée des éléments lourds qui auraient pu « polluer » l’atmosphère de J1249+36 lors de sa fuite. Les étoiles des amas globulaires et des galaxies satellites de la Voie lactée présentent également des modèles d'abondance distincts qui peuvent révéler l'origine de J1249+36.

« Nous recherchons essentiellement une empreinte chimique qui permettrait d'identifier de quel système provient cette étoile », a déclaré Gerasimov, dont les travaux de modélisation lui ont permis de mesurer l'abondance des éléments des étoiles froides dans plusieurs amas globulaires, travaux qu'il présente également au Réunion de l'AAS.

Que le voyage rapide de J1249+36 soit dû à une supernova, à une rencontre fortuite avec un trou noir binaire ou à un autre scénario, sa découverte offre aux astronomes une nouvelle opportunité d'en apprendre davantage sur l'histoire et la dynamique de la Voie lactée.

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