Des astronomes regardent une étoile avaler une de ses planètes

Une étoile comme notre Soleil ne brille comme elle le fait qu’en raison de son équilibre intrinsèque. Les étoiles sont massives et la pression gravitationnelle intérieure de toute cette masse agit pour contenir la pression thermique extérieure de toute la fusion à l’intérieur de l’étoile. Ils sont en équilibre, ou sur la séquence principale si vous préférez, et le résultat est une masse sphérique de plasma qui conserve sa forme et émet un rayonnement avec une relative stabilité pendant des milliards d’années. Comme notre Soleil.

Mais finalement, les étoiles vacillent et perdent leur équilibre. Des étoiles comme notre Soleil se dilateront, prendront une teinte rouge malveillante et commenceront à détruire tout ce qui se trouvera à leur portée.

Comme une planète.

Lorsqu’une étoile comme notre Soleil fusionne de l’hydrogène en hélium pendant des milliards d’années, elle perd de la masse. Au fur et à mesure qu’il perd de la masse, sa force de gravité intérieure s’affaiblit. Finalement, la gravité s’affaiblit tellement qu’elle ne peut plus contrebalancer toute la pression extérieure de la fusion. Il refroidit, devient rouge et se dilate. Il devient un géant rouge.

Les astronomes savent tout cela car lorsqu’ils regardent dans la galaxie avec de puissants télescopes, ils peuvent observer et étudier les étoiles à toutes les étapes de la vie. Ils savent aussi que notre Soleil suivra ce chemin. Finalement, il deviendra un géant rouge et s’étendra. Il consommera et détruira Mercure, Vénus et très probablement la Terre aussi. C’est un destin inéluctable. Il n’y a aucun outil technologique que nous pouvons utiliser pour sauver la Terre.

Pour nous, c’est loin dans un futur lointain, dans des milliards d’années. Peut-être que nos lointains descendants, si nous en avons, s’échapperont vers une autre planète ou lune ou s’entasseront dans un vaisseau intergénérationnel et permettront à l’humanité de continuer d’une manière ou d’une autre. Si cela se produit, alors ces humains, si c’est toujours ce qu’ils sont, regarderont avec regret l’épave qui était autrefois les planètes intérieures.

C’est une version dramatisée de ce qui va se passer car, en réalité, le Soleil va lentement se réchauffer bien avant de se dilater et de devenir une géante rouge. Cela fera bouillir les océans de la Terre, déchiquetera l’atmosphère terrestre et stérilisera la planète. Ce ne sera pas cinématographique; cela se fera sur une longue période de temps.

Mais de toute façon, une étoile dévorant une planète est un événement dramatique. Les astronomes du MIT, de Harvard, de CalTech et d’autres institutions ont eu un aperçu de ce drame lorsqu’ils ont vu une géante rouge lointaine consommer l’une de ses planètes à environ 12 000 années-lumière dans la constellation de l’Aigle (Aquila). Même si les géantes rouges ne sont pas rares et qu’elles consomment et détruisent probablement des planètes dans toute la Voie lactée, c’est la première fois que les astronomes le remarquent.

Tout a commencé avec le Zwicky Transient Facility (ZTF), une caméra grand angle installée sur l’un des télescopes de l’observatoire Palomar en Californie. Le ZTF est une installation de surveillance automatisée qui image tout le ciel du Nord toutes les deux nuits. Il est surveillé par des astronomes qui s’intéressent à différents types de transitoires. Le ZTF détecte les transitoires comme les supernovae, les étoiles flamboyantes et les astéroïdes dans un domaine appelé astronomie du domaine temporel, ou l’étude de la façon dont les objets astronomiques changent au fil du temps.

En mai 2020, le ZTF a repéré une étoile qui est devenue plus brillante de plus de 100 fois en seulement dix jours, puis s’est rapidement estompée à nouveau. Quand quelque chose s’éclaire autant, c’est généralement une supernova ou quelque chose de similaire. Mais celui-ci était différent. Après son éclaircissement rapide, il y avait un signal plus froid et plus durable. Selon l’équipe de chercheurs, un seul événement peut produire ce signal : une étoile dévorant une planète.

Les chercheurs ont présenté leurs découvertes dans un article intitulé “An Infrared Transient from a Star Engulfing a Planet” dans la revue Nature. L’auteur principal est Kishalay De, post-doctorant à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.

“Nous voyions la phase finale de la déglutition”, a déclaré De dans un communiqué de presse annonçant les résultats.

Selon l’équipe, c’est ce dont ils ont été témoins.

L’auteur principal De était engagé dans différentes recherches lorsque cela s’est produit. Il recherchait des éruptions dans des binaires stellaires, des étoiles qui tournent si près l’une de l’autre que l’une tire la matière de l’autre. Le transfert de matière est variable, et lorsqu’il se produit, l’étoile qui reçoit la matière s’illumine temporairement. C’est l’un des types de transitoires que ZTF est réglé pour détecter.

Les astronomes qui étudient des types particuliers d’objets stellaires sont habitués à voir certains modèles dans la lumière émise par les objets. Les types et la quantité de lumière qu’ils émettent au fil du temps donnent des choses comme des courbes de lumière révélatrices de binaires stellaires. Les binaires stellaires que De étudiait s’appellent Luminous Red Novae (LRN), mais les signaux lumineux de l’événement, maintenant nommé ZTF SLRN-2020, ne correspondaient à ceux d’aucun LRN que De avait vu auparavant.

Ainsi, lorsque les astronomes détectent une courbe de lumière qui ne ressemble à rien d’autre qu’ils ont observé, l’excitation monte.

“Une nuit, j’ai remarqué une étoile qui s’est illuminée d’un facteur 100 au cours d’une semaine, de nulle part”, se souvient De. “Cela ne ressemblait à aucune explosion stellaire que j’avais vue dans ma vie.”

Lorsque les astronomes sont confrontés à quelque chose comme ça, leur prochaine étape consiste à l’examiner avec différents outils pour voir ce qu’ils peuvent apprendre. Dans ce cas, De s’est tourné vers l’observatoire Keck à Hawaï. Alors que le ZTF est un outil puissant pour repérer les objets qui changent de luminosité, il ne peut pas déterminer beaucoup de détails. Mais l’observatoire de Keck est différent. Les télescopes Keck peuvent prendre des mesures spectroscopiques de la lumière, ce qui peut révéler la composition chimique d’une étoile.

À ce stade, De travaillait toujours avec l’hypothèse qu’il s’agissait d’un binaire stellaire, les objets qu’il était en train d’étudier. Mais les mesures spectroscopiques de Keck ont ​​montré que quelque chose de différent se produisait. Alors que les binaires dégagent généralement de l’hydrogène et de l’hélium lorsqu’ils interagissent, cette nouvelle source n’en dégage ni l’un ni l’autre. Plutôt que de simples hydrogène et hélium, la spectroscopie a montré la présence de “molécules particulières”. Ces molécules ne peuvent pas exister dans un environnement d’étoiles binaires chaudes. Ils ne peuvent exister qu’à des températures plus froides.

“Ces molécules ne sont visibles que dans les étoiles très froides”, explique De. “Et quand une étoile s’illumine, elle devient généralement plus chaude. Ainsi, basses températures et étoiles brillantes ne vont pas ensemble.

La présence de ces molécules signifiait que ce que De voyait ne pouvait pas être un binaire stellaire. De attendu plus d’informations sur l’événement. Environ un an après sa découverte, De et certains de ses collègues ont recueilli des observations infrarouges. Était-il vraiment assez froid pour que les “molécules particulières” de De existent ?

À ce stade, les chercheurs se demandaient encore si ce qu’ils voyaient pouvait être une supernova. Mais au fur et à mesure que de nouvelles données d’observation arrivaient, il est devenu évident que ce n’était pas le cas. ZTF SLRN-2020 a eu une bouffée de chaleur initiale, mais d’autres observations infrarouges ont montré que l’événement émettait une énergie plus froide au cours de l’année suivante. Le binaire stellaire émettait du gaz qui se condensait en poussière froide, suffisamment froide pour que les détecteurs infrarouges puissent le détecter. Cela a éliminé une supernova comme cause mais pas une nova rouge lumineuse.

“Ces données infrarouges m’ont fait tomber de ma chaise”, dit De. “La source était incroyablement brillante dans le proche infrarouge.”

L’équipe de chercheurs a continué à analyser les données existantes et a ajouté de nouvelles données infrarouges du télescope spatial Neowise de la NASA. Ils ont pu caractériser l’énergie totale libérée par ZTF SLRN-2020 depuis son explosion initiale en 2020 et ont eu une autre surprise. La quantité d’énergie libérée était étonnamment petite et bien trop petite pour toutes les autres fusions stellaires observées dans le passé : seulement environ 1/1000ème.

“Cela signifie que tout ce qui a fusionné avec l’étoile doit être 1 000 fois plus petit que toute autre étoile que nous avons vue”, explique De. « Et c’est une heureuse coïncidence que la masse de Jupiter soit d’environ 1/1 000 de la masse du soleil. C’est alors que nous avons réalisé : c’était une planète qui s’écrasait sur son étoile.

À ce stade, le puzzle était complet. Le flash chaud et brillant initial de ZTF SLRN-2020 était une planète de la même masse que Jupiter entraînée dans l’atmosphère en expansion d’une étoile géante rouge. Il s’agit d’un événement cataclysmique, et alors que l’étoile dévorait la planète, la matière de la couche externe de l’étoile a été projetée dans l’espace. Au cours de l’année suivante, tout ce gaz s’est condensé en poussière froide, ce qui explique les données infrarouges qui ont tellement surpris De.

Tout cet événement est une première en astronomie. Nous savons que lorsque des étoiles comme notre Soleil deviennent des géantes rouges élargies, elles doivent manger des planètes trop proches. Les astronomes le savent parce qu’ils ont vu l’avant et l’après. Mais ils n’ont jamais surpris une star en flagrant délit auparavant.

« Pendant des décennies, nous avons pu voir l’avant et l’après », dit De. « Avant, quand les planètes orbitent encore très près de leur étoile, et après, quand une planète a déjà été engloutie, et que l’étoile est géante. Ce qui nous manquait, c’était de prendre l’étoile en flagrant délit, où vous avez une planète subissant ce destin en temps réel. C’est ce qui rend cette découverte vraiment excitante.

Alors que chaque nouvelle découverte en astronomie est intéressante et passionnante à sa manière, celle-ci a un côté mélancolique.

Lorsque cela se produira dans notre système solaire, la Terre cessera d’abord d’être habitable, puis sera détruite. La maison de l’humanité aura disparu. La planète consommée par ZTF SLRN-2020 est beaucoup trop massive pour ressembler à la Terre et est presque définitivement une géante gazeuse, il n’y a donc probablement aucun moyen qu’elle ait jamais soutenu la vie. Mais s’il avait des frères et sœurs plus petits, comme dans notre système solaire, il est possible que ces autres planètes plus petites aient déjà été détruites. Bien que nous ne sachions jamais avec certitude s’il existait d’autres planètes plus similaires à la Terre, il est possible qu’il y ait eu de la vie là-bas, même une vie simple et unicellulaire.

S’il y en avait, tout ce qui reste est une bouffée de poussière froide.

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