Une chasse au trésor intragalactique : La masse des étoiles géantes rouges “volée” par leurs voisines stellaires

Cette conception d’artiste du système stellaire Mira représente Mira A (à droite), une étoile géante rouge très évoluée, et Mira B (à gauche), une naine blanche. Mira A perd rapidement du gaz de sa haute atmosphère par le biais d’un vent stellaire. Mira B exerce une attraction gravitationnelle qui crée un pont gazeux entre les deux étoiles. Le gaz provenant du vent et du pont s’accumule dans un disque d’accrétion autour de Mira B et les collisions entre les particules en mouvement rapide dans le disque produisent des rayons X. Crédit : NASA/CXC/M.Weiss

Les étoiles géantes rouges subissent une perte de poids spectaculaire

Un nouveau type d’étoile géante rouge, plus mince, a été identifié par les astronomes, qui comparent leur découverte à “Où est Waldo ?”. Voie lactéeseulement 40 de ces étoiles existent parmi des milliers d’autres.

Pour la première fois, des astronomes de l’Université de Sydney ont découvert un type d’étoile géante rouge plus mince. Ces étoiles ont subi une perte de poids spectaculaire, peut-être en raison de la présence d’un voisin gourmand. La découverte, qui a été publiée dans Nature Astronomyconstitue une avancée significative dans notre connaissance de la vie des étoiles de la Voie lactée, nos voisins stellaires les plus proches.

Dans notre galaxie, il y a des millions d’étoiles géantes rouges. En fait, dans environ quatre milliards d’années, notre Soleil se transformera en l’un de ces objets froids et lumineux. Les astronomes prédisent depuis longtemps l’existence de géantes rouges plus minces. L’équipe de l’Université de Sydney a finalement confirmé leur existence après en avoir découvert quelques-unes.

“C’est comme trouver Waldo”, a déclaré l’auteur principal, M. Yaguang Li, candidat au doctorat de l’Université de Sydney. “Nous avons été extrêmement chanceux de trouver une quarantaine de géantes rouges plus fines, cachées dans une mer de géantes normales. Les géantes rouges plus minces sont soit plus petites en taille, soit moins massives que les géantes rouges normales.”

Comment et pourquoi ont-elles maigri ? La plupart des étoiles dans le ciel sont dans des systèmes binaires – deux étoiles qui sont gravitationnellement liées l’une à l’autre. Lorsque les étoiles des binaires proches se dilatent, comme le font les étoiles en vieillissant, une partie de la matière peut atteindre la sphère gravitationnelle de leur compagnon et être aspirée. “Dans le cas de géantes rouges relativement petites, nous pensons qu’un compagnon pourrait être présent”, a déclaré M. Li.

Cette illustration représente le télescope spatial Kepler de la NASA. Credit : NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Une chasse au trésor intragalactique

L’équipe a analysé les données d’archives de NASALe télescope spatial Kepler de la NASA. De 2009 à 2013, le télescope a enregistré en continu les variations de luminosité de dizaines de milliers de géantes rouges. À l’aide de cet ensemble de données incroyablement précis et volumineux, l’équipe a effectué un recensement approfondi de cette population stellaire, fournissant ainsi les bases nécessaires pour repérer toute anomalie.

Deux types d’étoiles inhabituelles ont été révélés : les géantes rouges de très faible masse et les géantes rouges sous-lumineuses (plus faibles).

Les étoiles de très faible masse ne pèsent que 0,5 à 0,7 masse solaire, soit environ la moitié du poids de notre Soleil. Si les étoiles de très faible masse n’avaient pas soudainement perdu du poids, leurs masses indiqueraient qu’elles sont plus vieilles que l’âge de l’Univers – une impossibilité.

“Donc, lorsque nous avons obtenu les masses de ces étoiles pour la première fois, nous avons pensé qu’il y avait quelque chose d’erroné dans la mesure”, a déclaré M. Li. “Mais il s’avère qu’il n’y en avait pas”.

Les étoiles peu lumineuses, en revanche, ont des masses normales, allant de 0,8 à 2,0 masse solaire. “Cependant, elles sont beaucoup moins “géantes” que ce à quoi nous nous attendions”, a déclaré le coauteur de l’étude, le Dr Simon Murphy de l’Université de Southern Queensland. “Elles ont quelque peu maigri et parce qu’elles sont plus petites, elles sont aussi moins lumineuses, donc ‘sous-lumineuses’ par rapport aux géantes rouges normales.”

Seules sept de ces étoiles sous-lumineuses ont été trouvées, et les auteurs soupçonnent que beaucoup d’autres se cachent dans l’échantillon. “Le problème est que la plupart d’entre elles sont très douées pour se fondre dans la masse. C’était une véritable chasse au trésor pour les trouver”, a déclaré le Dr Murphy.

Ces points de données inhabituels ne pouvaient pas être expliqués par les simples attentes de l’évolution stellaire. Cela a conduit les chercheurs à conclure qu’un autre mécanisme doit être à l’œuvre, forçant ces étoiles à subir une perte de poids spectaculaire : le vol de masse par les étoiles voisines.étoiles.

Recensement de la population stellaire

Les chercheurs se sont appuyés sur l’astérosismologie – l’étude des vibrations stellaires – pour déterminer les propriétés des géantes rouges.

Les méthodes traditionnelles d’étude d’une étoile se limitent aux propriétés de sa surface, par exemple sa température et sa luminosité. En revanche, l’astéroséismologie, qui utilise des ondes sonores, permet de sonder cette surface. “Les ondes pénètrent à l’intérieur de l’étoile, ce qui nous donne de riches informations sur une autre dimension”, a déclaré M. Li.

Les chercheurs ont pu déterminer avec précision les stades d’évolution, les masses et les tailles des étoiles grâce à cette méthode. Et lorsqu’ils ont examiné les distributions de ces propriétés, ils ont immédiatement remarqué quelque chose d’inhabituel : certaines étoiles ont des masses ou des tailles minuscules.

“Il est très inhabituel qu’un étudiant en doctorat fasse une découverte aussi importante”, a déclaré le professeur Tim Bedding, le superviseur académique de M. Li. “En passant soigneusement au crible les données du télescope spatial Kepler de la NASA, Yaguang a repéré quelque chose que tout le monde avait manqué.”

Référence : “Discovery of post-mass-transfer helium-burning red giants using asteroseismology” par Yaguang Li, Timothy R. Bedding, Simon J. Murphy, Dennis Stello, Yifan Chen, Daniel Huber, Meridith Joyce, Dion Marks, Xianfei Zhang, Shaolan Bi, Isabel L. Colman, Michael R. Hayden, Daniel R. Hey, Gang Li, Benjamin T. Montet, Sanjib Sharma et Yaqian Wu, 14 avril 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01648-5