Dans l’espace, des événements cataclysmiques arrivent tout le temps aux étoiles. Certaines explosent en supernovae, certaines sont déchirées par des trous noirs et certaines subissent d’autres destins. Mais quand il s’agit de planètes, les étoiles renversent la vapeur. Ensuite, ce sont les étoiles qui infligent la destruction.
Les étoiles géantes rouges en expansion consomment et détruisent les planètes qui se rapprochent trop, et une nouvelle étude examine plus en profondeur le processus d’engloutissement stellaire.
Des étoiles comme notre Soleil finiront par devenir des géantes rouges. Grâce à la fusion nucléaire, ils convertissent la masse en énergie (E=mc2, n’est-ce pas ?) Au cours de leur vie, ils perdent tellement de masse que d’énergie qu’ils finissent par se dilater et devenir rouges. Pour les planètes trop proches de ces sphères gonflées, c’est la fin. Ils sont finalement engloutis et complètement détruits.
De nombreuses recherches se sont penchées sur le processus d’engloutissement planétaire, et une nouvelle étude a calculé qu’une étoile évoluée sur dix dans la Voie lactée avalera des planètes de la masse de Jupiter.
L’étude s’intitule “Engloutissement d’une planète géante par des étoiles géantes évoluées : courbes de lumière, astérosismologie et capacité de survie”. Le premier auteur est Christopher O’Connor. O’Connor est titulaire d’un doctorat. étudiant au Département d’Astronomie de l’Université Cornell. L’étude n’a pas encore été évaluée par des pairs.
L’étude se concentre sur deux types d’étoiles évoluées qui sont étroitement liées : les étoiles à branche de géante rouge (RGB) et les étoiles à branche de géant asymptotique (AGB). Les deux sont très similaires et, en fait, les étoiles RVB peuvent devenir des étoiles AGB. Le terme étoile évoluée est suffisamment descriptif pour couvrir les deux, et dans ce travail, l’important est que les étoiles RVB et les étoiles AGB aient toutes deux quitté la séquence principale.
Au fur et à mesure que ces étoiles évoluées perdent de la masse, elles se dilatent et, à ce stade, toutes les planètes à proximité sont en péril. L’enveloppe convective de l’étoile gonfle et enserre la planète. Cela crée une traînée, ce qui fait que la planète tourne en spirale vers l’étoile. Les astronomes le savent, et dans ce travail, les auteurs ont examiné la fréquence de ces événements et la façon dont les étoiles réagissent.
Ils décrivent une étoile semblable au Soleil comme une étoile avec 1 à 2 masses solaires. Environ 10% de ces étoiles engloutiront une planète entre 1 et 10 masses de Jupiter. Pour ces relations de masse, l’in-spirale prendra entre 10 et 100 ans ou entre 100 et 1000 orbites.
Pour déterminer ces plages et la façon dont l’étoile réagit, les chercheurs ont utilisé un outil logiciel d’astronomie open source appelé MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics.) “Nous utilisons l’instrument logiciel Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) pour suivre l’étoile réponse au dépôt d’énergie tout en faisant évoluer simultanément l’orbite planétaire », expliquent-ils. MESA a révélé comment les différentes étoiles évoluées ont réagi à l’engloutissement de planètes de masses différentes.
Alors que de nombreux événements astrophysiques se déroulent sur des milliers, des millions, voire des centaines de millions d’années, l’engloutissement planétaire est un processus beaucoup plus rapide. Mais avant que la planète et l’étoile n’entrent en contact, deux choses les rapprochent : l’expansion stellaire et la décroissance orbitale. Il s’agit de la première phase de l’engloutissement, où le frottement des marées provoque la désintégration orbitale de la planète. Les auteurs expliquent que le frottement des marées est “très probablement dû à une dissipation turbulente dans l’enveloppe convective de l’étoile”. À ce stade du processus, la traînée de la couronne stellaire et le vent stellaire sont minimes.
Une fois que l’étoile et la planète commencent à entrer en contact l’une avec l’autre, les choses changent. Le frottement des marées passe au second plan pour entraîner les forces. Les auteurs appellent cela la phase de « pâturage ». “L’interaction hydrodynamique” rasante “de l’étoile et de la planète est complexe et tridimensionnelle”, écrivent-ils. Les complexités de la phase de rasage peuvent inclure des phénomènes tels que l’expulsion de matière de l’étoile et des transitoires optiques et de rayons X déclenchés par des chocs. Mais cette étude laisse ces phénomènes de côté pour l’instant. « Nous nous concentrons sur la
phase d’engloutissement “spirale” ultérieure, lorsque la planète est complètement immergée dans l’enveloppe », écrivent-ils.
Lorsqu’une planète est en phase inspiratoire, elle dépose de la chaleur dans l’étoile. La dernière partie de cette phase est appelée la phase inspiratoire tardive, et la chaleur ajoutée à l’étoile pendant cette phase est en grande partie responsable de la réponse de l’étoile. La masse de la planète est un facteur déterminant de la quantité de chaleur déposée.
Les engloutissements provoquent l’expansion et la contraction de l’enveloppe stellaire, mais pas de manière monotone. Une coquille de masse donnée peut se dilater et se contracter plusieurs fois au cours de l’événement. Les chercheurs disent que la planète peut être visualisée comme une source de chaleur locale dans la coquille, et que la source se déplace vers le centre de l’étoile. Ce mouvement, et d’autres propriétés de l’étoile, créent des dilatations et des contractions variées.
Cette recherche est en accord avec des recherches antérieures montrant que l’engloutissement des planètes conduit à des sursauts optiques et infrarouges de luminosité. La puissance et la durée de ces rafales sont largement déterminées par la masse de la planète et de l’étoile, bien que d’autres facteurs comme la rotation puissent entrer en jeu. Les chercheurs ont découvert que pour toutes les étoiles RVB et pour les étoiles AGB engloutissant des planètes jusqu’à cinq masses de Jupiter, l’étoile s’éclaire considérablement en quelques années seulement.
Les résultats globaux des chercheurs montrent que pour les deux types d’étoiles évoluées engloutissant une planète du côté inférieur de la gamme, jusqu’à trois masses de Jupiter, les changements de la structure stellaire sont légers à modérés. La luminosité de l’étoile augmente jusqu’à une magnitude en quelques années seulement. Les étoiles plus brillantes peuvent connaître un double pic.
Pour les étoiles dans les derniers stades de l’AGB, la planète engloutie peut créer une perturbation majeure dans les couches externes de l’étoile. Il peut déclencher une expansion supersonique des couches externes de l’étoile. Dans ce cas, les étoiles peuvent ressembler à Luminous Red Novae (LRN) car elles produisent des éruptions brillantes, rouges et poussiéreuses.
Indépendamment du type d’étoile, de la masse de la planète et de la façon dont l’étoile réagit à l’engloutissement, le destin de la planète est toujours le même : la perturbation par les marées.
Cette étude a une applicabilité limitée à notre système solaire. Notre Soleil deviendra une géante rouge dans quelques milliards d’années, mais à moins que quelque chose d’extrêmement perturbateur ne se produise d’ici là, Jupiter est hors de portée. Au lieu de cela, les planètes rocheuses intérieures sont confrontées à l’engloutissement.
Cette étude est basée sur des simulations plutôt que sur des observations, mais les simulations pourraient aider les astronomes à identifier la réalité quand cela se produit. Les engloutissements sont des événements transitoires, et certains télescopes et observatoires existants et futurs se concentrent entièrement sur les transitoires et l’astronomie dans le domaine temporel. Lorsque l’observatoire Vera Rubin sera mis en ligne vers août 2024, il détectera une multitude d’événements transitoires, dont certains seront des étoiles évoluées engloutissant des planètes de la masse de Jupiter.
Les résultats de cette étude pourraient aider à les repérer.
