Les étoiles à hypervitesse (HVS) portent bien leur nom, parcourant des milliers de kilomètres par seconde ou une fraction de la vitesse de la lumière (vitesses relativistes). On pense que ces démons de la vitesse sont le résultat de fusions galactiques ou de trous noirs, d’amas globulaires expulsant des membres ou de paires binaires où une étoile est expulsée lorsque l’autre devient supernova. Parfois, ces étoiles sont assez rapides pour s’échapper de notre galaxie et (dans certains cas) emmener leurs systèmes planétaires avec elles. Cela pourrait avoir des implications drastiques pour nos théories sur la façon dont la vie pourrait être distribuée dans le cosmos (alias théorie de la panspermie).
Il y a des milliers de ces étoiles dans notre galaxie, et les suivre est devenu la tâche de missions d’astrométrie de pointe (comme celle de l’ESA Observatoire Gaïa). Dans des recherches antérieures, les astronomes ont suggéré que ces étoiles pourraient être utilisées pour déterminer la masse de la Voie lactée. Dans une étude récente de l’Université de Leiden aux Pays-Bas, Ph.D. Le candidat Fraser Evans a montré comment les données sur le HVS pouvaient être utilisées pour sonder les mystères des objets les plus extrêmes de notre Univers – les trous noirs supermassifs (SMBH) et les supernovae violentes des étoiles massives.
L’étude, intitulée “Loin de chez soi : l’exploitation scientifique des étoiles les plus rapides de la voie lactée”, a été menée par Evans dans le cadre de sa thèse de doctorat. Celle-ci consistait à utiliser les données obtenues par le Gaïa observatoire, qui a cartographié plus de deux milliards d’étoiles de la Voie lactée pour créer le plus grand catalogue 3D d’objets célestes jamais réalisé. Evans l’a utilisé pour effectuer des simulations informatiques où des millions d’étoiles ont été éjectées à travers la Voie lactée pour mieux comprendre d’où elles proviennent (et d’où vient leur vitesse).
Pour récapituler, toutes les étoiles voyagent autour du centre de la Voie Lactée à une vitesse moyenne de 100 km/s (62 mps). Ce qui distingue les HVS, c’est le fait que leur vitesse est largement supérieure à celle des autres étoiles, parfois au point qu’elles atteignent leur vitesse de fuite. L’existence du HVS a été prédite pour la première fois en 1988 par l’astronome Jack G. Hills, membre du Laboratoire national de Los Alamos, mais la première détection n’a été faite qu’en 2005. Grâce à des observatoires comme Gaïa et de grands télescopes d’étude du ciel, les astronomes ont identifié plus d’un millier de HVS depuis lors.
Malgré cela, de nombreuses questions sans réponse existent sur l’origine la plus probable des HVS et sur les mécanismes qui leur donnent une vitesse incroyable. Bien qu’Evans n’ait eu aucune ambition particulière de devenir astronome dans son enfance, ses études et ses recherches l’ont fasciné par les étoiles à hypervitesse. «Ce sont des objets tellement cool. Mille kilomètres par seconde, c’est extrêmement rapide. Vous pourriez voler autour du monde en moins d’une minute », a-t-il déclaré dans une récente interview avec l’Université de Leiden. “Ils ont aussi une histoire à raconter sur les processus de l’univers dont nous savons peu de choses et qui ont encore beaucoup à découvrir.”
On pense que la plupart des HVS étudiés jusqu’à présent sont originaires du centre de la Voie lactée, où se trouve une population stellaire plus importante et plus étroitement liée. De plus, nombre de ces étoiles sont gravitationnellement liées par le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, Sagittarius A*. Mais les astronomes ont également découvert des étoiles en mouvement rapide issues d’amas globulaires et de nuages de Magellan, laissant entendre que divers mécanismes pourraient en être responsables. Comme Evans l’a expliqué :
«Nous pouvons supposer avec une assez grande certitude que certaines des étoiles à hypervitesse qui ont maintenant été découvertes ont été éjectées à la suite d’une rencontre gravitationnelle avec le trou noir massif au centre de la Voie lactée: Sagittarius A *. Nous voyons un effet similaire dans le Grand Nuage de Magellan, une autre galaxie qui, selon nous, contient également un trou noir.
avec un trou noir (extrême gauche). Crédit : ESA
La possibilité d’un trou noir dans le LMC a été confirmée en 2021 par des astronomes utilisant le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral. Ce trou noir dormant (VFTS 243) a été trouvé dans la nébuleuse de la Tarentule, sur la base du mouvement des étoiles à l’intérieur de celle-ci, et a été le premier du genre détecté au-delà de la Voie lactée. Sur la base de ses simulations, Evans a également conclu que dans les bonnes conditions, les supernovae pourraient également éjecter des étoiles à hypervitesse de notre galaxie. À partir de là, Evans s’est rendu compte que HVS pourrait représenter une opportunité d’étudier des objets de notre galaxie qui sont difficiles à observer.
“Les étoiles qui se transforment en supernovae sont incroyablement rares dans notre Voie lactée et l’événement est si éphémère qu’il est difficile à mesurer. De plus, il y a tellement d’étoiles et tellement de poussière qui volent autour du Sagittaire A* que nous ne pouvons pas voir correctement ce qui s’y passe. Certaines étoiles à hypervitesse volent dans des parties plus visibles de l’espace et peuvent nous en dire plus sur leur origine. Par exemple, à propos de la gravité des trous noirs ou de la quantité d’énergie produite par une supernova.
À cet égard, l’étude de HVS s’appuiera sur la longue histoire de l’étude des trous noirs en observant leurs effets sur leur environnement environnant. Au-delà de cela, ils pourraient offrir un aperçu des phénomènes transitoires extrêmement puissants mais de courte durée (c’est-à-dire les supernovae). Compte tenu de la vitesse prodigieuse à laquelle les HVS sont détectés, le fait d’avoir un échantillon plus important à étudier pourrait signifier des retours scientifiques robustes dans un avenir proche pas trop lointain.
Lectures complémentaires : Université de Leiden
