Découverte d’un couple d’étoiles à l’orbite la plus courte, liées dans une étreinte "cataclysmique"
Des astronomes ont découvert un système d’étoiles binaires dont l’orbite est la plus courte qui soit.
Le système ferait partie d’une catégorie rare de binaires appelée « variable cataclysmique« . Ces systèmes comprennent une étoile de la taille de notre propre soleil, orbitant autour d’une naine blanche, le noyau chaud et dense d’une étoile épuisée.
Image d’entête : représentation artistique présentant une naine blanche (à droite) tournant autour d’une étoile plus grande, semblable au soleil (à gauche), sur une orbite ultra-courte, formant un système binaire « cataclysmique ». (M.Weiss/ Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)
Près de la moitié des étoiles de la Voie lactée sont solitaires, comme notre soleil. Les autres apparaissent par paires ou multiples, en orbite les unes autour des autres. Ces orbites sont souvent si proches que certains systèmes stellaires pourraient tenir entre la Terre et la Lune.
Les binaires cataclysmiques se forment lorsque deux étoiles se rapprochent l’une de l’autre pendant des milliards d’années. La naine blanche, plus dense, commence à s’accréter, c’est-à-dire à consommer la matière de l’autre étoile. Ce processus peut donner lieu à d’énormes éclairs lumineux occasionnels, dont les astronomes ont supposé il y a des siècles qu’ils étaient dus à un cataclysme inconnu.
Le système découvert récemment a été nommé ZTF J1813+4251. Il se trouve à environ 3 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation d’Hercule. Avec 51 minutes, l’orbite de la paire d’étoiles est la plus courte orbite de variable cataclysmique détectée.
Pendant que les étoiles s’éclipsaient l’une l’autre, les astronomes ont pu mesurer avec précision leurs propriétés. Grâce à leurs calculs, ils ont pu effectuer des simulations de l’évolution du système. Ils en concluent que les étoiles vont se rapprocher, dans 70 millions d’années, en orbitant l’une autour de l’autre toutes les 18 minutes, avant de commencer à se dilater et à s’éloigner.
Actuellement, les étoiles sont en transition : l’étoile semblable au soleil a été dépouillée d’une grande partie de son atmosphère d’hydrogène, pour finalement se réduire à son noyau, essentiellement dense et riche en hélium.
Selon le premier auteur de l’étude, Kevin Burdge, du Massachusetts Institute of Technology (MIT/ États-Unis) :
Il s’agit d’un cas rare où nous avons surpris l’un de ces systèmes en train de passer de l’accrétion d’hydrogène à celle d’hélium. Les gens prédisaient que ces objets devraient faire la transition vers des orbites ultra-courtes, et on a longtemps débattu de la question de savoir s’ils pouvaient être suffisamment courts pour émettre des ondes gravitationnelles détectables. Cette découverte met un terme à ce débat.
Le nouveau système a été découvert dans un vaste catalogue d’étoiles, observé par le Zwicky Transient Facility (ZTF), une étude qui utilise une caméra fixée à un télescope de l’observatoire Palomar en Californie.
L’étude a pris plus de 1 000 images de chacune des plus d’un milliard d’étoiles dans le ciel, enregistrant les changements de luminosité de chaque étoile au fil des jours, des mois et des années.
Burdge a passé les données au peigne fin, à la recherche de signes d’orbites ultra-courtes, comme des éclats de lumière spectaculaires et des ondes gravitationnelles.
En utilisant l’Observatoire W.M. Keck à Hawaii et le Gran Telescopio Canarias en Espagne, l’équipe s’est concentrée sur la nouvelle binaire. Les images « propres » des étoiles passant l’une au-dessus de l’autre leur ont permis de mesurer avec précision leurs propriétés.
Ils ont découvert que le premier objet était probablement une naine blanche, avec un diamètre de 1% de celui de notre soleil et la moitié de sa masse. Le second objet était une étoile semblable au soleil, proche de la fin de sa vie, dont la taille et la masse représentent un dixième de celles du soleil (environ la taille de Jupiter). Mais il ne devrait pas être possible pour une étoile semblable au soleil d’orbiter aussi rapidement (moins de huit heures).
C’est alors que Budge et ses collègues ont compris qu’il devait s’agir d’une variable cataclysmique, confirmant ainsi une théorie vieille de plusieurs décennies. Alors que l’étoile semblable au soleil est réduite à son noyau, elle reste suffisamment lourde et dense pour maintenir l’étoile morte sur une orbite ultra-courte.
La découverte est rapportée dans Nature : A dense 0.1-solar-mass star in a 51-minute-orbital-period eclipsing binary et présentée sur le site du MIT : Astronomers find a “cataclysmic” pair of stars with the shortest orbit yet.