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La mort d’une étoile a été observée en direct

Pour la première fois, les derniers instants d’une étoile ont été observés avant sa transformation en supernova. Une découverte majeure pour comprendre les phénomènes à l’œuvre dans ces instants-clés.

Observer une supernova, c’est un peu comme arriver en retard à un spectacle. Les comédiens saluent sur scène, la salle applaudit, il y a une certaine effervescence encore présente, mais la représentation est bien finie.

Pourtant, le processus est assez bien connu : à la fin de leur séquence principale, les étoiles les plus massives se retrouvent sans carburant à brûler et implosent, déployant leurs couches de matières partout autour d’elles. Il en résulte un phénomène extrêmement lumineux, une déflagration d’énergie au terme de laquelle se crée une étoile à neutron ou un trou noir.

Mais une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal le 6 janvier 2022 vient apporter des éléments à la compréhension de ce phénomène : cette fois, des astronomes ont pu assister au spectacle et ont été témoin des derniers instants d’une étoile avant sa transformation en supernova. « C’est une supernova de type II, nous raconte un des auteurs Luc Dessart, chercheur CNRS à l’Institut d’Astrophysique de Paris. Elle provient d’une super géante rouge comparable à Bételgeuse. »

Une étoile dix fois plus massive que le Soleil

La découverte a pu être faite grâce à deux télescopes situés à Hawaï pendant l’été 2020. D’abord, le télescope Pan-Starrs, chargé de faire des relevés de la totalité du ciel. Puis le Keck Observatory qui a pu affiner ces observations. L’explosion a eu lieu dans une galaxie baptisée NGC 5731 située à 120 millions d’années-lumière de la Terre. L’étoile qui a donné naissance à cette supernova devait être dix fois plus massive que le Soleil, selon les données récoltées.

« Si nous avons pu la repérer, précise Luc Dessart, c’est parce que nous faisons désormais des sondages réguliers de tout le ciel. C’est en voyant le phénomène que nous avons pu remonter dans les archives et comprendre qu’il s’agissait de quelque chose de nouveau, les premiers signes de l’effondrement de l’étoile. »

Ce que les chercheurs ont vu, c’est une forte luminosité émanant de l’étoile. Ils ont donc continué à la scruter pour voir comment cela allait évoluer, et il s’avère que quelques mois plus tard, l’étoile s’est transformée en supernova. L’événement a été baptisé SN 2020tlf et il représente quelque chose d’unique pour mieux comprendre ces derniers instants.

Par exemple, la théorie voulait que les étoiles de ce type ne montrent pas d’agitation particulière avant d’imploser. Or, celle-ci avait commencé à émettre des radiations et à perdre beaucoup de masse quelques mois avant sa transition, ce qui remet en cause les connaissances sur ces objets.

Un cocon de matière

« Nous avons aussi eu des surprises sur la manière dont se comportait la lumière, ajoute Luc Dessart. La supernova a émis des raies très étroites, ce qui va à l’encontre des modèles théoriques, mais nous avons réussi à comprendre pourquoi. »

D’habitude, la lumière qui s’échappe d’une supernova est éjectée dans toutes les directions à la fois, ce qui forme une sorte de cône. Mais cette étoile a provoqué une réaction différente, car, avant l’explosion, elle a perdu une grande partie de sa masse. Toute cette matière éjectée n’est pas allée bien loin, elle a formé un cocon tout autour, un milieu statique circumstellaire qui agissait comme un filtre. Résultat, quand la lumière a été produite par l’explosion du cœur, elle s’est confrontée à ce cocon et les photons ont formé des raies plus étroites, très inhabituelles chez des supernovae.

« C’est un comportement qui était connu, précise Luc Dessart. Mais nous croyions que c’était présent surtout chez les étoiles les plus massives, à partir de quinze ou vingt masses solaires. Ici, le progéniteur est plus petit, mais il a tout de même perdu énormément de masse avant l’explosion. »

Cette découverte ouvre donc de nouveaux questionnements et des interprétations différentes, mais pour en savoir plus, il faudrait découvrir d’autres événements similaires. Ce qui devrait être possible, désormais. Maintenant que les télescopes ont été témoins du type de radiations émis par une étoile quelques mois avant sa transformation en supernova, il suffit d’en trouver d’autres du même type et de garder les yeux fixés dessus en attendant que ça arrive. « C’est possible en théorie, mais c’est compliqué, reconnaît Luc Dessart. Le cocon peut mettre environ une année à se former, le choc dû à l’explosion dure une dizaine de jours, mais tout se précipite sur la fin. Le ciel est grand et ces phases sont courtes, donc il y a toujours le risque de les rater. »

Quoi qu’il en soit, les équipes derrière la « Young Supernova Experiment », sont sur le coup. Cette expérience destinée à trouver des supernovae en sondant l’ensemble du ciel avec le télescope Pan-Starrs a déjà permis la découverte de 2020tlf, et les observations se poursuivent. « Cela a été un grand pas en avant, reconnaît Luc Dessart, car les premières supernovae n’étaient vues que par des amateurs, dans des galaxies très similaires à la nôtre. Maintenant, nous avons des observations plus diversifiées, dans des milieux très différents. Ce qui nous aide à avoir un tableau plus précis de la situation. »

Source : https://www.numerama.com/sciences/822045-la-mort-dune-etoile-a-ete-observee-en-direct.html

Les derniers jours d’une étoile avant son explosion en supernova

On n’avait jamais eu la chance de surveiller une étoile jusqu’au point de la voir exploser en supernova. C’est chose faite et au moins dans le cas de SN 2020tlf, les derniers instants de son étoile génitrice étaient bien plus turbulents que ce que l’on croyait.

Dans la célèbre série « Il était une fois l’espace » d’Albert Barillé, l’Humanité du XXXIe siècle a la chance d’assister aux transformations d’une étoile instable juste avant qu’elle n’explose en supernova pour la première fois de son histoire, un événement qui, en plus, ne se produit statistiquement dans la Voie lactée qu’une fois par siècle environ.

La réalité vient de rattraper en partie la fiction déjà au XXIe siècle, comme le montre un article publié dans The Astrophysical Journal, en accès libre déposé sur arXiv, et provenant d’une équipe d’astronomes menée par des chercheurs de l’Université Northwestern et de l’Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley).

Tout avait commencé à l’été 2020 avec la détection d’une étoile particulièrement brillante à l’aide Pan-Starrs (acronyme de Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System, « Télescope de relevé panoramique et système de réponse rapide »), un programme de relevé astronomique dont l’objectif est d’effectuer de l’astrométrie et de la photométrie pour des événements transitoires d’une grande partie du ciel, quasiment en continu avec un télescope situé au sommet du Haleakalā, à Hawaï.

Une supergéante rouge de 10 masses solaires
L’étude de l’étoile a montré qu’elle contenait 10 masses solaires et qu’elle était située dans la galaxie NGC 5731 à environ 120 millions d’années-lumière de la Voie lactée. En phase de supergéante rouge, elle a donc été surveillée pendant 130 jours dans le cadre de la Young Supernova Experiment (YSE) menée avec Pan-Starrs. L’étoile est finalement devenue une supernova de type SN II au bout de cette période et elle a alors été observée aussi avec les instruments du W. M. Keck Observatory sur le Maunakea, également à Hawaï.

L’importance de la découverte se lit à travers les déclarations de Wynn Jacobson-Galán, chercheur diplômé de la NSF à l’UC Berkeley et auteur principal de l’article dans The Astrophysical Journal : « Il s’agit d’une percée dans notre compréhension de ce que font les étoiles massives quelques instants avant de mourir. La détection directe de l’activité pré-supernova dans une étoile supergéante rouge n’a jamais été observée auparavant dans une supernova ordinaire de type II. Pour la première fois, nous avons vu une étoile supergéante rouge exploser ! »

Selon le communiqué du W. M. Keck Observatory au sujet de la supernova qui a été baptisée SN 2020tlf, les mesures effectuées sont un défi à nos précédentes idées sur la façon dont les étoiles supergéantes rouges évoluent juste avant d’exploser. Toutes les observations précédentes ne montraient pas de signes avant-coureurs, c’est-à-dire de changements importants dans l’activité des étoiles génitrices des SN II qui pouvaient conduire à penser que l’explosion thermonucléaire était imminente. Les étoiles étaient calmes, sans analogues des fortes éruptions solaires.

Mais le cas de SN 2020tlf, à moins que nous n’ayons eu la chance d’observer son étoile vraiment dans les derniers instants précédant l’explosion, laisse penser qu’au moins certaines étoiles massives doivent voir leur équilibre convectif sérieusement altérer peu de temps avant la catastrophe stellaire. En effet, les données de Pan-Starrs montraient déjà de fortes éjections de plasma par l’étoile génitrice et peu de temps après l’explosion le Keck montrait également la présence d’un environnement circumstellaire dense autour de l’explosion en cours, confirmant l’éjection massive de matière auparavant.

« Détecter plus d’événements comme SN 2020tlf aura un impact considérable sur la façon dont nous définissons les derniers mois de l’évolution stellaire, unissant les observateurs et les théoriciens dans la quête pour résoudre le mystère sur la façon dont les étoiles massives passent les derniers instants de leur vie », conclut Jacobson-Galán.

L’étude de SN 2020tlf rejoint celle d’une autre supernova étudiée avec Hubble.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/supernova-derniers-jours-etoile-avant-son-explosion-supernova-95956/

L’éruption titanesque d’une étoile à neutrons

Certaines étoiles à neutrons produisent des éruptions extrêmement énergétiques. Des événements très brefs et difficiles à observer. Mais des astronomes viennent d’enregistrer des informations cruciales sur l’une de ces éruptions. Elles devraient aider à mieux les comprendre.

Les étoiles à neutrons font sans nul doute partie des objets les plus extraordinaires de notre Univers. Elles peuvent contenir un demi-million de fois la masse de notre Terre dans un diamètre de seulement… vingt kilomètres ! Et de ces drôles d’étoiles se détache un groupe encore plus étonnant : celui des magnétars. Des étoiles à neutrons qui possèdent un champ magnétique extrêmement intense. De plus de 1015 Gauss.

Les astronomes n’ont identifié, pour l’heure, pas plus d’une trentaine de tels magnétars. Ils subissent de violentes éruptions que les chercheurs peinent à étudier. Elles surviennent en effet de manière totalement inattendue. Et sur des durées du dixième de seconde seulement. Avec une amplitude qui se confond donc très vite avec le bruit de fond.

En phase finale de ces éruptions, des oscillations quasi périodiques à basses et à hautes fréquences ont été observées. Et le 15 avril 2020, deux oscillations à haute fréquence — plus de 2.000 et 4.000 hertz — au cœur même d’un événement d’une rare violence — identifié sous le nom de GRB2001415 –, par un instrument embarqué à bord de la Station spatiale internationale (ISS). « Sur une étoile à neutrons de 1016 Gauss située dans une autre galaxie– NGC 253, à quelque 13 millions d’années-lumière de la Voie lactée », commentent les chercheurs. Une éruption qui a libéré une énergie équivalente à celle que notre Soleil rayonne en 100.000 ans. Mais ici, en seulement 160 millisecondes. L’analyse du phénomène a permis d’estimer que le volume de l’éruption était similaire, voire supérieur, à celui de l’étoile à neutrons elle-même.

Mieux comprendre les magnétars
Selon les astronomes, nous devons de telles explosions à des instabilités de la magnétosphère des étoiles à neutrons ou à des sortes de « tremblement de terre » dans leur croûte — une couche rigide et élastique de l’étoile d’environ un kilomètre d’épaisseur. Quoi qu’il en soit, l’événement doit former ce que les physiciens appellent des ondes d’Alfvén. Ces ondes apparaissent dans un plasma — un gaz ionisé à haute température — plongé dans un champ magnétique. Elles interagissent les unes avec les autres en dissipant de l’énergie.

Et les travaux des chercheurs montrent aujourd’hui que les oscillations détectées dans l’éruption d’avril 2020 sont cohérentes avec l’émission produite par l’interaction entre les ondes d’Alfvén, dont l’énergie est rapidement absorbée par la croûte. De quoi très vite mettre fin au processus de reconnexion magnétique et aux oscillations détectées dans GRB2001415. Seulement 3,5 millisecondes après le burst principal.

Les astronomes voient dans ces résultats, des éléments cruciaux pour comprendre comment les contraintes magnétiques sont produites dans et autour d’une étoile à neutrons. La surveillance continue des magnétars dans les galaxies proches devrait ainsi aider à comprendre ce phénomène. Elle pourrait également ouvrira la voie à une meilleure compréhension des sursauts radio rapides. Ils sont actuellement parmi les phénomènes les plus énigmatiques de l’astronomie.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/etoile-eruption-titanesque-etoile-neutrons-95814/

Le télescope IXPE est quasi prêt à observer les phénomènes extrêmes de l’Univers

La mise en place du télescope IXPE, parti de la Terre le 9 décembre, suit son cours. Les premières observations sont attendues en janvier 2022.

Tout se met en place pour les débuts du télescope spatial IXPE (pour Imaging X-ray Polarimetry Explorer). Un peu plus d’une semaine après son départ de la Terre, le 9 décembre 2021, le nouvel observatoire chargé de scruter quelques-uns des objets les plus extrêmes de l’Univers est en train de déployer ses instruments optiques ainsi que ses panneaux solaires.

Le télescope IXPE a sorti sa perche : pour quoi faire ?
Une étape a été franchie le 15 décembre, avec la sortie de la perche, au bout de laquelle se trouvent les trois télescopes qui vont avoir pour tâche de capter les rayons X provenant de phénomènes extraordinaires, comme les trous noirs, les étoiles à neutrons, les pulsars, mais aussi les magnétars, les rémanents de supernova ainsi que certaines galaxies.

« Pour focaliser les rayons X, les miroirs de l’IXPE doivent se trouver à environ 4 mètres des détecteurs », souligne l’agence spatiale américaine. C’est pour cela qu’il a été décidé de concevoir l’observatoire comme un appareil dont la structure doit se déployer. Il était en effet trop compliqué, pour ne pas dire impossible, d’insérer le télescope complètement déployé dans une fusée.

Si d’un côté du mât spatial se trouvent donc les trois télescopes, qui ont le même profil, les détecteurs, eux, se situent de l’autre côté de l’IXPE, avec les panneaux solaires. Il n’y a par contre aucun système de propulsion pour IXPE, qui est placé en orbite terrestre basse, aux alentours des 600 kilomètres d’altitude. L’engin dispose néanmoins d’un bouclier à rayons X à l’avant.

Ce sur quoi l’observatoire va se focaliser, c’est la polarisation du rayonnement X, c’est-à-dire l’orientation de la vibration des ondes électromagnétiques. À travers cette caractéristique, les astronomes espèrent en apprendre avantage sur certains champs magnétiques très puissants dans l’Univers, notamment dans les parages des trous noirs, des pulsars et des autres objets d’intérêt.

En effet, ces champs magnétiques, compte tenu de leur intensité extrême, ont la particularité de pouvoir orienter ces rayons X. En étudiant cette orientation — une discipline appelée polarimétrie –, c’est le fonctionnement des objets générant ces champs qui pourrait être mieux compris. Et comme l’atmosphère joue le rôle d’un bouclier, il fallait nécessairement aller dans l’espace pour cela.

Il faudra toutefois encore attendre quelques semaines avant que l’IXPE se mette vraiment à la tâche. Les premières observations sont attendues pour janvier 2022.

Source : https://www.numerama.com/sciences/795335-le-telescope-ixpe-est-quasi-pret-a-observer-les-phenomenes-extremes-de-lunivers.html

Nébuleuse : qu’est-ce que c’est ?

Une nébuleuse est un nuage interstellaire de gaz et de poussières. Les nébuleuses brillantes rayonnent la lumière du gaz qui les composent (nébuleuse à émission) ou reflètent la lumière des étoiles (nébuleuse à réflexion), voire les deux. Les nébuleuses sombres sont des nuages de gaz et de poussières qui ne sont pas illuminés. Les nébuleuses planétaires sont des coquilles de gaz éjectées par les étoiles en fin de vie.

Histoire
Jusqu’au début du xxe siècle, le terme nébuleuse est utilisé pour évoquer tout objet céleste d’aspect diffus.

En 1920, l’astronome Edwin Hubble démontre que l’aspect nébuleux de certains astres que l’on peut observer est uniquement dû à la résolution insuffisante des instruments utilisés. Depuis cette date, une nébuleuse est caractérisée par toute région du milieu interstellaire particulièrement riche en gaz (généralement de l’hydrogène) ou en poussière interstellaire soit les deux.

Comment se forme une nébuleuse ?
Lorsqu’une étoile disparaît, il se produit une gigantesque explosion que l’on appelle une supernova. Un nuage de gaz et de poussière se forme lorsque les débris sont projetés par l’explosion : la nébuleuse. Une étoile très massive peut provoquer une explosion très violente.

Les étoiles se forment dans les nébuleuses, sous l’effet de la gravité les gaz et les poussières se rapprochent et finissent par former une boule. À l’intérieur de cette boule, les gaz tournent très rapidement ce qui a pour effet d’augmenter la température. Lorsque la chaleur devient plus intense, une réaction nucléaire se produit et la boule de gaz se transforme en étoile et brille d’elle-même. Certaines poussières et particules lourdes peuvent rester autour de l’étoile, ce sont les restes de la nébuleuse. Ce petit nuage à la possibilité de former plusieurs boules, plus petites et froides qui tourneront autour d’une autre étoile et qui seront de futures planètes, planètes naines, comètes, astéroïdes et satellites.

Les nébuleuses planétaires
Les nébuleuses planétaires n’ont pas de rapport avec les planètes. Il s’agit d’un objet astronomique en forme de disque et à l’aspect nébuleux quand on l’observe à basse résolution dans un petit télescope. Une nébuleuse planétaire ressemble à une planète et c’est la raison pour laquelle elle porte ce nom. Le terme planétaire a été introduit en 1785 par William Herschel, le nom est maintenu pour conserver l’uniformité historique. Généralement, les nébuleuses planétaires sont invisibles à l’œil puisque ces objets sont de faible brillance.

Ce sont en réalité, des bulles de gaz qui se développent autour d’une étoile mourante à température élevée. Souvent, les nébuleuses planétaires sont très colorées et leurs images sont spectaculaires ! Après cette étape, l’étoile devient une géante rouge.

Cependant, la véritable nature des nébuleuses planétaires est restée inconnue pendant longtemps, jusqu’au milieu du xixe siècle lors des premières observations spectroscopiques.

Quel type de télescope pour observer une nébuleuse ?
Le choix d’un télescope astronomique s’effectue en fonction de l’objet céleste que l’on souhaite observer. La nébuleuse est un objet du ciel profond, elle est très éloignée et moins lumineuse à cause de la distance. Contrairement aux planètes de notre système solaire qui sont bien plus proches de la Terre et qui bénéficient d’une bonne luminosité.

Pour observer le ciel profond afin d’apercevoir des nébuleuses, plus le tube du télescope est court plus les conditions sont idéales et un grand diamètre est plus approprié. Il existe des télescopes pour une utilisation mixte, lorsque l’on souhaite regarder un maximum d’éléments dans le ciel.

La pollution lumineuse ne facilite pas les observations astronomiques, les éclairages de la ville rendent impossible l’observation du ciel profond. Pour échapper à ce brouillard lumineux, le mieux est de s’éloigner à une centaine de kilomètres des grandes villes.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-nebuleuse-50/

Cette étoile envoie un signal d’alarme à la vie sur Terre

Des éjections de masse coronale, les astronomes en ont observé beaucoup sur notre Soleil depuis les années 1970. Aujourd’hui, ils rapportent avoir pu étudier le phénomène sur une autre étoile, une sorte de petite sœur de la nôtre. EK Draconis leur a offert un spectacle époustouflant. Comme une fenêtre ouverte sur le passé de notre Système solaire mais aussi un avertissement pour la vie sur Terre.

Notre Soleil, nous le savons, a parfois des réactions violentes. De brutales éruptions. Ce que les astronomes appellent des éjections de masse coronale (CME). Des nuages magnétisés de particules extrêmement chaudes et énergétiques projetés à travers le Système solaire à des vitesses dépassant les mille kilomètres par heure. Le phénomène peut avoir des effets sur notre Terre et nos sociétés. Il peut être à l’origine de merveilleuses aurores polaires. Mais aussi, toucher nos satellites, perturber nos réseaux électriques ou encore nos systèmes de communication. Certains imaginent même les CME capables de provoquer un black-out du réseau internet.

En 2019, des astrophysiciens de l’université du Colorado (États-Unis) avaient montré que les jeunes étoiles semblables à notre Soleil subissent une multitude de ces sortes de super éruptions stellaires. Des dizaines, voire des centaines de fois plus puissantes que celles que nous connaissons à notre Étoile. Le résultat, notamment, d’une vitesse de rotation encore importante compte tenu de leur jeune âge. Et comme les éjections de masse coronale se produisent généralement juste après de grosses éruptions, les astronomes se demandaient depuis si ces super éruptions stellaires pourraient être à l’origine de super CME.

À l’aide du satellite Transiting Exoplanet Survey (Tess) de la Nasa et du télescope Seimei de l’université de Tokyo, pendant plusieurs mois, les chercheurs de l’université du Colorado ont cette fois observé, à une centaine d’années-lumière de notre Terre, une étoile en particulier : EK Draconis. Parce qu’elle est très semblable, en taille et en masse à notre Soleil. Elle n’est toutefois âgée que de 100 millions d’années. Une toute petite sœur, en somme, pour notre Étoile, vieille déjà de quelque 4,5 milliards d’années.

Un regard sur le passé… et le futur ?
En avril 2020, ils ont enfin surpris une super éruption sur EK Draconis. Et, à peine une demi-heure plus tard, ils ont été témoins d’une colossale éjection de masse coronale. Un nuage de plasma de plusieurs milliards de kilogrammes. Plus de dix fois plus que la CME la plus importante jamais enregistrée sur n’importe quelle autre étoile semblable à la nôtre. Avec des particules se déplaçant à plus de 1,5 million de kilomètres par heure.

La découverte suggère que notre Soleil a pu, par le passé, être lui aussi à l’origine de telles CME extrêmement violentes. Aux débuts de notre Système solaire, notamment. De quoi, peut-être, mieux comprendre certaines de ces caractéristiques d’aujourd’hui. Comme le fait que l’atmosphère de Mars soit réduite à son plus strict minimum après avoir été plus épaisse à une période de son évolution.

Les astronomes avancent également que ce type d’événement majeur pourrait toujours se produire sur notre Soleil. Avec le risque, cette fois, de porter atteinte non plus seulement à la structure de nos sociétés, mais peut-être aussi plus directement aux êtres vivants sur notre Planète. Heureusement, comme les super éruptions stellaires, de telles éjections de masse coronale sont probablement très rares — à l’échelle humaine en tout cas puisque les chercheurs s’attendent à une super éruption pouvant menacer notre Terre tous les 10.000 ans environ, même si certains les imaginent plus fréquentes — pour une étoile de l’âge de la nôtre.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/soleil-cette-etoile-envoie-signal-alarme-vie-terre-60796/

L’énigme des étoiles plus vieilles que l’Univers semble résolue

Les étoiles évoluent d’autant plus vite qu’elles sont massives et inversement. La théorie qui explique ce fait permet aussi de les dater, or elle conduisait à donner un âge nettement plus élevé que celui de l’Univers observable dans le cas de certaines étoiles. La solution de cette énigme implique un scénario qui vient de passer victorieusement des tests.

Les pionniers de l’astrophysique du XXe siècle sont à l’origine d’une théorie de la structure stellaire déjà bien développée avant la seconde guerre mondiale. Elle a été affinée par les progrès de l’astrophysique nucléaire après cette guerre et avec la montée en puissance des ordinateurs et des méthodes de l’analyse numérique. Elle permet enfin de penser et de décrire l’évolution des étoiles. Celle-ci va dépendre en premier lieu de leurs masses.

Les calculs permettent alors d’estimer en combien de temps une étoile va devenir une naine blanche ou se transformer en supernova par exemple, bien qu’aucune date précise ne puisse être avancée. Toute l’histoire de l’astrophysique stellaire de la seconde moitié du siècle dernier a montré que la théorie de la structure et de l’évolution stellaire était remarquablement performante. C’est donc avec une grande surprise que des astrophysiciens ont constaté qu’appliquée à certaines naines blanches de faible masse, elle conduisait à leur attribuer un âge supérieur à celui de l’Univers observable pourtant bien établi, en combinant différentes observations comme celles concernant le rayonnement fossile par le satellite Planck.

Le modèle cosmologique standard étant lui aussi remarquablement confirmé, même si l’on est confronté actuellement à l’énigme des discordances des estimations de la fameuse constante de Hubble-Lemaître qui donne également une estimation de l’âge du cosmos observable, les astrophysiciens ont cherché un moyen d’expliquer pourquoi ces naines blanches semblaient contredire soit la théorie de l’évolution stellaire, soit la cosmologie. De fait, une solution possible avait été trouvée.

On sait que les étoiles, au moins dans la Voie lactée, sont le plus souvent en couple dans des systèmes binaires. Il peut arriver lors de l’évolution des astres de ces couples que l’un se mette à arracher à l’autre de la matière via des forces de marée gravitationnelles.

Environ 97 % des étoiles de la Voie lactée deviendront des naines blanches et celles qui posent problème ont des masses inférieures à 0,3 masse solaire, on les appelle en anglais des extremely low mass (ELM) white dwarf, ce qui peut se traduire par « naine blanche de masse extrêmement faible ». Les naines blanches de type ELM, même si elles sont rares, se trouvent précisément parmi les systèmes binaires et pour autant qu’on le sache uniquement dans ces systèmes.

Le scénario envisagé pour résoudre l’énigme des étoiles plus vieilles que l’Univers est alors le suivant.

Tout commence avec des étoiles sur la séquence principale auxquelles une naine blanche classique arrache de la matière. D’ordinaire, on parle de tels systèmes en termes d’étoiles variables cataclysmiques (CV en anglais). On en connaît actuellement plus de 1.600 exemples dans la Voie lactée et elles ont une période orbitale comprise typiquement entre 80 minutes et 12 heures.

Des étoiles à l’évolution accélérée par des forces de marée
Il peut arriver que l’accrétion de la matière sur la naine blanche déclenche des réactions thermonucléaires conduisant à une violente explosion mais ne conduisant pas à la destruction de l’étoile, de sorte qu’une nouvelle explosion pour les mêmes raisons peut survenir plus tard. Il s’agit de ce qu’on appelle une nova pour ce type d’explosion.

Mais il peut arriver aussi que l’accrétion de matière soit suffisante pour que la masse de la naine blanche dépasse la fameuse limite de Chandrasekhar, environ 1,4 masse solaire. L’étoile n’est plus stable, elle s’effondre, des réactions thermonucléaires s’engendrent mais bien plus violentes, de sorte que l’explosion résultante détruit toute l’étoile. C’est une supernova de type SN Ia.

Les naines blanches exotiques de type ELM seraient alors initialement des étoiles sur la séquence principale mais la naine blanche compagne ne commencerait à arracher de la matière que tard dans la vie de l’étoile, au moment où elle commence à brûler son cœur d’hélium alors que la base de l’enveloppe d’hydrogène entourant ce cœur est aussi le siège de réactions de fusion thermonucléaire.

À un moment, la future naine blanche de type ELM cesse d’être la victime de sa naine blanche car le transfert de matière s’arrête. Il ne reste plus qu’une étoile de masse inférieure à 0,3 masse solaire qui va finir par se transformer en naine blanche. On obtient alors un astre qui mettrait plus de temps que par la voie normale pour se former avec une telle faible masse (plus la masse d’une étoile est élevée, plus elle évolue rapidement et inversement).

Aujourd’hui, ce scénario vient d’être testé par une équipe d’astrophysiciens ayant utilisé plusieurs instruments comme le télescope Shane à l’Observatoire Lick en Californie ainsi que les données de la mission Gaia, comme l’explique une publication dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et que l’on peut trouver en accès libre sur arXiv.

Les astrophysiciens ont effectivement observé des dizaines d’étoiles déformées par des forces de marée et ayant les caractéristiques attendues d’étoile en transition de la séquence principale vers l’état final de naine blanche de type ELM, c’est-à-dire lorsque l’étoile a perdu la majeure partie de sa masse et s’est presque contractée en une naine blanche ELM.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/etoile-enigme-etoiles-plus-vieilles-univers-semble-resolue-95327/

Des étoiles survivent de façon inattendue à la destruction par des trous noirs supermassifs

On observe des étoiles détruites par les forces de marée des trous noirs supermassifs depuis un certain temps, par exemple avec Tess, le chasseur d’exoplanètes. Une équipe d’astrophysiciens a reproduit le phénomène sur surperordinateur en trouvant des résultats surprenants. Certaines étoiles survivent alors que l’on pouvait s’attendre au contraire.

Parmi les événements spectaculaires mettant en jeu des trous noirs, il n’y a pas que les collisions avec d’autres trous noirs ou des étoiles à neutrons, il y a aussi le phénomène des Tidal disruption event (ou TDE) que l’on peut traduire en français par « évènement de rupture par effet de marée ».

Comme Futura l’avait déjà rappelé dans le précédent article ci-dessous, il s’agit d’une catastrophe cosmique dans laquelle une étoile s’approche trop près d’un trou noir supermassif. Les forces de marée de ces astres contenant d’un million à plusieurs milliards de masses solaires sont insignifiantes pour un astronaute ou un vaisseau spatial proche de son horizon des événements, mais il n’en va pas de même pour une étoile qui va être fortement déformée au point parfois d’être détruite par ces forces. Parmi les pionniers de l’étude de ce phénomène il y a eu, dans les années 1980, Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter.

Des étoiles sauvées par leurs densités
Un communiqué de la Nasa accompagné d’une vidéo parle d’un travail que l’on doit à une équipe de chercheurs dirigés par Taeho Ryu, membre de l’Institut Max-Planck d’astrophysique de Garching, en Allemagne. Il concerne de nouvelles simulations numériques menées sur un supercalculateur et qui sont les premières à combiner les effets physiques de la théorie de la relativité générale d’Einstein avec des modèles réalistes d’étoiles de densités variables. Ces travaux ont été publiés et sont dans une publication en accès libre sur arXiv depuis l’année dernière.

Il existe une théorie de la structure stellaire déjà bien développée avant la seconde guerre mondiale et qui a été affinée par les progrès de l’astrophysique nucléaire après cette guerre. La montée en puissance des ordinateurs et des méthodes de l’analyse numérique nous permet aujourd’hui de faire des calculs de plus en plus précis qui vont au-delà des modèles analytiques des pionniers de la structure stellaire, comme l’étaient par exemple Evry Schatzman ou Jean-Paul Zahn.

Dans le cas présent, comme l’explique la vidéo ci-dessus, les simulations ont été menées avec des étoiles possédant d’un dixième à 10 fois la masse du Soleil passant suffisamment proche d’un trou noir d’un million de masses solaires pour que l’on puisse s’attendre à l’occurrence d’un TDE.

Remarquablement, comme ces étoiles n’ont pas un profil de densité qui varie en quelque sorte linéairement avec la masse, on constate une alternance d’étoiles détruites ou pas détruites alors que l’on s’élève vers les masses les plus élevées. Certaines étoiles vont donc survivre et d’autres non selon un schéma qui est naïvement et initialement contre-intuitif. En fait, un cœur suffisamment dense, même pour une petite masse, va avoir tendance à protéger l’étoile d’une destruction totale et ce parce qu’un tel cœur produit des forces de gravité plus intenses.

Ce genre de travail va aider les astrophysiciens à évaluer les fréquences et les manifestations des TDE vraiment explosives.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-etoiles-survivent-facon-inattendue-destruction-trous-noirs-supermassifs-60695/

Comment calcule-t-on l’âge d’une étoile ?

Si on dispose d’une idée assez précise de l’âge de notre Soleil, c’est beaucoup moins vrai pour les autres étoiles. Pour estimer leur âge, les astronomes s’appuient sur des indices indirects comme la luminosité et la masse, et les comparent à des modèles théoriques.

On estime que le Soleil est âgé d’environ 4,57 milliards d’années. Cette évaluation a pu être obtenue grâce à la datation de météorites contenant des petites inclusions qui se sont formées dans le disque protoplanétaire peu après la naissance de notre étoile. Connaissant la vitesse de désintégration des isotopes présents dans ces inclusions, on peut ainsi évaluer l’âge du Soleil.

Cette méthode n’est malheureusement pas applicable aux autres étoiles puisqu’on ne dispose pas de météorites qui pourraient nous fournir des échantillons de matière primitive. Les astronomes ont donc recours à des méthodes plus indirectes. Grosso modo, il s’agit de modéliser les changements de structure interne de l’étoile ainsi que son aspect et sa composition extérieure, puis de les comparer aux résultats des observations pour en déduire l’étape du cycle de vie.

Une précision de l’ordre… du milliard d’années
Sauf que cette méthode est très imparfaite. Certaines étoiles massives vont par exemple mourir jeunes alors que d’autres plus petites vont brûler leur hydrogène plus lentement. De plus, les caractéristiques d’une étoile évoluent très, très lentement. Au cours du dernier milliard d’années, la température et la luminosité de surface de notre Soleil, par exemple, n’ont augmenté respectivement que de 20 °K et 10 %, explique Laurent Piau, collaborateur scientifique à l’Université libre de Bruxelles. « L’âge d’une étoile isolée et de faible masse, comme le Soleil, ne saurait donc être déterminé avec une précision beaucoup plus grande que le milliard d’années ».

Le diagramme de Hertzsprung-Russell
Pour les étoiles en amas, il existe heureusement une autre méthode basée sur la corrélation entre la température et la luminosité de l’étoile. Au début du XXe siècle, deux astronomes, Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell, ont eu l’idée de tracer un diagramme représentant la température des étoiles en fonction de leur luminosité. On obtient ainsi un motif en diagonale allant des étoiles froides et peu lumineuses aux étoiles chaudes et brillantes. Lorsqu’une étoile s’éloigne de cette diagonale, c’est le signe qu’elle se refroidit tout en conservant sa luminosité, une phase indiquant qu’elle est en train de se transformer en géante rouge. Cette méthode n’est toutefois valable que pour les étoiles au sein d’un amas qui ont peu ou prou le même âge et qui s’éteignent donc par ordre de masse décroissante.

La loi de Skumanich
En 1972, l’astronome Andrew Skumanich a découvert que les amas d’étoiles jeunes ont tendance à tourner plus vite que leurs homologues plus âgés. En effet, les étoiles qui tournent plus vite perdent plus de masse et montrent par conséquent un ralentissement plus prononcé de leur vitesse de rotation. Andrew Skumanich a ainsi proposé une équation simple pour estimer l’âge d’une étoile : taux de rotation = Ωe t -1⁄2, où Ωe est la vitesse angulaire à l’équateur et t l’âge de l’étoile. Cette méthode n’est toutefois valable que pour les étoiles plus jeunes que le Soleil : les plus âgées ne ralentissent pas lorsqu’elles atteignent un certain âge, et conservent au contraire une vitesse de rotation constante.

Ces méthodes ne sont toutefois pas fiables à 100 % et dépendent notamment des mouvements convectifs à l’intérieur de l’étoile qui sont très difficiles à modéliser. En 2019, lorsque la luminosité de l’étoile géante rouge Bételgeuse s’est estompée, les astronomes n’étaient pas en mesure de dire s’il ne s’agissait que d’une phase transitoire ou si son explosion en supernova était imminente. Au-delà de la curiosité scientifique, déterminer l’âge des étoiles peut nous aider à mieux comprendre le cycle de vie stellaire et même à mieux rechercher de la vie extraterrestre.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/etoile-calcule-t-on-age-etoile-16309/

8,5 millions de km du Soleil : la sonde Parker Solar bat le record de distance et de vitesse !

La sonde solaire Parker de la Nasa, lancée en 2018, a pour objectif d’étudier la couronne solaire, la partie extérieure de l’atmosphère du Soleil. Après une opération d’assistance gravitationnelle autour de Vénus, elle a battu de nouveaux records ce dimanche lors de sa dixième orbite, en atteignant une vitesse de 163 kilomètres par seconde (soit 586.800 km/h), à une distance d’environ 8,5 millions de kilomètres du Soleil.

Une sonde qui tombe de plus en plus vite vers le Soleil
La couronne solaire présente une température atteignant le million de degrés (plus de cent fois la température à la surface du Soleil). Elle est à l’origine du vent solaire (flux d’ions et d’électrons qui bombarde les planètes de notre système stellaire) et les mécanismes à l’origine de ces phénomènes sont encore mal compris.

La sonde solaire Parker vise principalement à déterminer les processus causant le réchauffement de la couronne solaire et l’accélération des particules énergétiques. Tout au long de ses mesures, elle circulera sur une orbite elliptique dont le périhélie (point le plus proche du centre de l’orbite) se situe près du Soleil, et l’aphélie (point le plus éloigné du centre de l’orbite) au niveau de l’orbite de Vénus. L’effet gravitationnel de cette dernière sera utilisé pour réduire progressivement le périhélie et permettre à la sonde de se rapprocher de plus en plus du Soleil.

Une découverte étonnante et inattendue
Alors que la sonde accélère vers le Soleil, les instruments à bord ont permis de faire une découverte inattendue : d’après Nour Raouafi, chercheur participant au projet Parker Solar Probe, « nous observons des quantités de poussière plus élevées que prévu près du Soleil ».

La sonde n’est initialement pas conçue pour détecter des grains de poussières, mais les impacts qu’ils génèrent le long de la trajectoire de la sonde forment des nuages de plasma qui produisent des décharges électriques captées par l’instrument Fields de la sonde, initialement prévue pour mesurer les champs électriques et magnétiques du Soleil. Ces impacts mettent en lumière la présence d’un nuage de poussière qui tourbillonne dans la région la plus interne du Système solaire, encore très mal explorée.

Après deux autres survols de Vénus, en 2023 et en 2024, la sonde Parker atteindra une distance de seulement 6,2 kilomètres du Soleil (soit environ un dixième de son rayon), à une vitesse proche de 700.000 km/h.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/espace-85-millions-km-soleil-sonde-parker-solar-bat-record-distance-vitesse-95023/