Dans l'œil d'un cyclone stellaire féroce: les secrets bizarres d'une star de la bombe à retardement

Dans l'œil d'un cyclone stellaire féroce: les secrets bizarres d'une star de la bombe à retardement

Wolf-Rayet Binary Apep

Image infrarouge du binaire Wolf-Rayet, baptisée Apep, à 8 000 années-lumière de la Terre. Crédit: Observatoire européen austral

Pendant le verrouillage COVID, un étudiant de premier cycle de l’Université de Sydney a écrit un document de recherche sur un système stellaire surnommé l’un des «paons exotiques du monde stellaire».

Seule une étoile sur cent millions est coupée pour être classée Wolf-Rayet: des étoiles férocement brillantes et chaudes vouées à un effondrement imminent dans une explosion de supernova ne laissant qu’un vestige sombre, comme un trou noir [19459010 ].

Les plus rares, même parmi les Wolf-Rayets, sont d’élégantes paires binaires qui, si les conditions sont réunies, sont capables de pomper d’énormes quantités de poussière de carbone entraînées par leurs vents stellaires extrêmes. Alors que les deux étoiles tournent en orbite, la poussière est enveloppée dans une belle queue de suie rougeoyante. Seule une poignée de ces panaches sculptés en spirale a été découverte.

L’objet de cette étude est la dernière star à rejoindre ce club d’élite, mais il a été constaté qu’elle enfreignait toutes les règles.

«Mis à part l’image époustouflante, ce qui est le plus remarquable à propos de ce système stellaire, c’est la façon dont l’expansion de sa belle spirale de poussière nous a laissés totalement perplexes», a déclaré Yinuo Han, qui a terminé la recherche au cours de son année d’honneur à l’École de La physique.

«La poussière semble avoir son propre esprit, flottant beaucoup plus lentement que les vents stellaires extrêmes qui devraient la conduire.

Les astronomes sont tombés sur cette énigme lorsque le système a été découvert il y a deux ans par une équipe dirigée par le professeur Peter Tuthill de l’Université de Sydney. Ce système stellaire, à 8000 années-lumière de la Terre, a été nommé Apep en l’honneur du dieu serpentin égyptien du chaos.

Les recherches de M. Han, publiées dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , confirment ces découvertes et révèlent la physique bizarre d’Apep avec des détails sans précédent.

En appliquant des techniques d’imagerie à haute résolution au très grand télescope de l’Observatoire austral européen à Paranal au Chili, l’équipe a pu sonder les processus sous-jacents qui créent la spirale que nous observons.

«Le grossissement requis pour produire les images était comme voir un pois chiche sur une table à 50 kilomètres», a déclaré M. Han.

Modèle précis

L’équipe est allée plus loin que la confirmation de la découverte antérieure, produisant pour la première fois un modèle qui correspond à la structure complexe en spirale, améliorant la capacité des scientifiques à comprendre la nature extrême de ces étoiles.

Professor Peter Tuthill

Co-auteur Professeur Peter Tuthill de l’Institut d’astronomie de Sydney à l’Université de Sydney. Crédit: Université de Sydney

«Le fait que ce modèle relativement simple puisse reproduire la géométrie en spirale à ce niveau de détail est tout simplement magnifique», a déclaré le professeur Tuthill.

Cependant, toute la physique n’est pas simple. L’équipe de M. Han a confirmé que la spirale de poussière s’étend quatre fois plus lentement que les vents stellaires mesurés, ce qui n’est jamais vu dans d’autres systèmes.

La théorie principale pour expliquer ce comportement bizarre fait d’Apep un candidat sérieux pour produire un sursaut gamma quand il finit par exploser, ce qui n’a jamais été vu dans la Voie lactée .

Le Dr Joe Callingham, co-auteur de l’étude de l’Université de Leiden aux Pays-Bas, a déclaré: «Il y a eu une vague de recherches sur les systèmes d’étoiles Wolf-Rayet: ce sont vraiment les paons du monde stellaire. Les découvertes sur ces objets d’une beauté élégante, mais potentiellement dangereux, provoquent un véritable buzz en astronomie.

Il a dit que cet article était l’un des trois à être publié cette année sur le système Apep seul. Récemment, l’équipe a démontré qu’Apep n’était pas seulement composé d’une étoile Wolf-Rayet, mais en fait de deux. Et des collègues de l’Institut des sciences spatiales et astronautiques du Japon publieront bientôt un article sur un autre système, Wolf-Rayet 112. L’auteur principal de cet article, Ryan Lau, était co-auteur de cet article avec M. Han.

Bombes à retardement

Les étoiles Wolf-Rayet sont des étoiles massives qui ont atteint leur phase finale stable avant de devenir supernova et de s’effondrer pour former des restes compacts tels que des trous noirs ou des étoiles à neutrons.

«Ce sont des bombes à retardement», a déclaré le professeur Tuthill.

«En plus de présenter tous les comportements extrêmes habituels des Wolf-Rayets, l’étoile principale d’Apep semble tourner rapidement. Cela signifie qu’il pourrait avoir tous les ingrédients pour faire exploser un long sursaut gamma quand il va en supernova.

Les sursauts gamma sont parmi les événements les plus énergétiques de l’Univers. Et ils sont potentiellement mortels. Si un sursaut gamma avait un impact sur la Terre, il pourrait dépouiller la planète de sa précieuse couche d’ozone, nous exposant tous aux rayons ultraviolets du Soleil. Heureusement, l’axe de rotation d’Apep ne présente aucune menace pour la Terre.

«Époustouflant»

Les chiffres révèlent la nature extrême d’Apep. Les deux étoiles sont chacune environ 10 à 15 fois plus massives que le Soleil et plus de 100 000 fois plus brillantes. Là où la surface de notre étoile d’origine est d’environ 5500 degrés, les étoiles Wolf-Rayet mesurent généralement 25 000 degrés ou plus.

Selon les dernières découvertes de l’équipe, les étoiles massives de l’orbite binaire Apep sont en orbite tous les 125 ans à une distance comparable à la taille de notre système solaire.

«Les vitesses des vents stellaires produits sont tout simplement époustouflantes», a déclaré M. Han. «Ils filent des étoiles à environ 12 millions de kilomètres à l’heure; c’est 1% de la vitesse de la lumière.

«Pourtant, la poussière produite par ce système se dilate beaucoup plus lentement, à environ un quart de la vitesse du vent stellaire.»

M. Han a dit que la meilleure explication à cela se réfère à la nature à rotation rapide des étoiles.

«Cela signifie probablement que les vents stellaires sont lancés dans différentes directions à des vitesses différentes. L’expansion de la poussière que nous mesurons est entraînée par des vents plus lents lancés près de l’équateur de l’étoile », a-t-il déclaré.

«Notre modèle correspond maintenant assez bien aux données observées, mais nous n’avons pas encore tout à fait expliqué la physique de la rotation stellaire.»

M. Han poursuivra ses études astronomiques à l’Université de Cambridge lorsqu’il commencera son doctorat plus tard cette année.

Référence: «Le système de vent de collision extrême Apep: imagerie résolue de la binaire centrale et du panache de poussière dans l’infrarouge» par Y Han, PG Tuthill, RM Lau, A Soulain, JR Callingham, PM Williams, PA Crowther, BJS Pope and B. Marcote, 12 octobre 2020, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .
DOI: 10.1093 / mnras / staa2349

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