Une étoile en forme de larme révèle une supernova en devenir

Des astronomes ont observé, fait rare, deux étoiles en spirale vers leur perte en repérant les signes révélateurs d’une étoile en forme de larme.

Cette forme tragique est due à une naine blanche massive proche qui déforme l’étoile avec son intense gravité, ce qui sera également le catalyseur d’une éventuelle supernova qui consumera les deux. Découvert par une équipe internationale d’astronomes et d’astrophysiciens dirigée par l’Université de Warwick, il s’agit de l’un des très rares systèmes stellaires qui ont été découverts et qui verront un jour une étoile naine blanche raviver son noyau.

Les nouvelles recherches publiées aujourd’hui par l’équipe dans Nature Astronomy confirment que les deux étoiles sont aux premiers stades d’une spirale qui se terminera probablement par une supernova de type Ia, un type qui aide les astronomes à déterminer la vitesse d’expansion de l’univers.

Cette recherche a été financée par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fondation allemande pour la recherche) et le Science and Technology Facilities Council, qui fait partie du UK Research and Innovation.

HD265435 est situé à environ 1 500 années-lumière et comprend une étoile sous-naine chaude et une étoile naine blanche qui orbitent l’une autour de l’autre à un rythme d’environ 100 minutes. Les naines blanches sont des étoiles « mortes » qui ont brûlé tout leur combustible et se sont repliées sur elles-mêmes, ce qui les rend petites mais extrêmement denses.

On pense généralement qu’une supernova de type Ia se produit lorsque le noyau d’une étoile naine blanche se rallume, entraînant une explosion thermonucléaire. Il existe deux scénarios dans lesquels cela peut se produire. Dans le premier, la naine blanche gagne suffisamment de masse pour atteindre 1,4 fois la masse de notre Soleil, ce que l’on appelle la limite de Chandrasekhar. HD265435 s’inscrit dans le second scénario, dans lequel la masse totale d’un système stellaire proche composé de plusieurs étoiles est proche ou supérieure à cette limite. Seule une poignée d’autres systèmes stellaires ont été découverts qui atteignent ce seuil et donnent lieu à une supernova de type Ia.

L’auteure principale, Ingrid Pelisoli, du département de physique de l’université de Warwick, et anciennement affiliée à l’université de Potsdam, explique : « Nous ne savons pas exactement comment ces supernovae explosent, mais nous savons que cela doit se produire car nous le voyons se produire ailleurs dans l’univers.

« L’un des moyens est que la naine blanche accrédite suffisamment de masse à partir de la sous-naine chaude, de sorte que lorsque les deux gravitent l’une autour de l’autre et se rapprochent, la matière commence à s’échapper de la sous-naine chaude et tombe sur la naine blanche. Autre possibilité : comme ils perdent de l’énergie à cause des émissions d’ondes gravitationnelles, ils vont se rapprocher jusqu’à fusionner. Une fois que la naine blanche aura gagné suffisamment de masse par l’une ou l’autre de ces méthodes, elle deviendra une supernova. »

Grâce aux données du satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA, l’équipe a pu observer la sous-naine chaude, mais pas la naine blanche, car la sous-naine chaude est beaucoup plus brillante. Cependant, cette luminosité varie dans le temps, ce qui suggère que l’étoile est déformée en forme de larme par un objet massif proche. En utilisant les mesures de vitesse radiale et de vitesse de rotation de l’Observatoire Palomar et de l’Observatoire W. M. Keck, et en modélisant l’effet de l’objet massif sur la sous-naine chaude, les astronomes ont pu confirmer que la naine blanche cachée est aussi lourde que notre Soleil, mais à peine plus petite que le rayon de la Terre.

Combinée à la masse de la sous-naine chaude, qui représente un peu plus de 0,6 fois la masse de notre Soleil, les deux étoiles ont la masse nécessaire pour provoquer une supernova de type Ia. Comme les deux étoiles sont déjà suffisamment proches pour commencer à se rapprocher en spirale, la naine blanche va inévitablement se transformer en supernova dans environ 70 millions d’années. Les modèles théoriques produits spécifiquement pour cette étude prédisent que la sous-naine chaude se contractera pour devenir également une naine blanche avant de fusionner avec son compagnon.

Les supernova de type Ia sont importantes pour la cosmologie en tant que « bougies standard ». Leur luminosité est constante et d’un type de lumière spécifique, ce qui signifie que les astronomes peuvent comparer la luminosité qu’elles devraient avoir avec ce que nous observons sur Terre et, à partir de là, déterminer leur distance avec un bon degré de précision. En observant les supernova dans des galaxies lointaines, les astronomes combinent ce qu’ils savent de la vitesse de déplacement de cette galaxie avec notre distance à la supernova et calculent l’expansion de l’univers.

Le Dr Pelisoli ajoute : « Plus nous comprenons le fonctionnement des supernova, mieux nous pouvons calibrer nos bougies standard. C’est très important à l’heure actuelle, car il y a un écart entre ce que nous obtenons avec ce type de bougie standard et ce que nous obtenons avec d’autres méthodes.

« Plus nous en saurons sur la formation des supernova, mieux nous pourrons comprendre si l’écart que nous constatons est dû à une nouvelle physique que nous ignorons et ne prenons pas en compte, ou simplement parce que nous sous-estimons les incertitudes liées à ces distances.

« Il existe une autre divergence entre le taux de supernova galactiques estimé et observé, et le nombre de progéniteurs que nous voyons. Nous pouvons estimer combien de supernova il y aura dans notre galaxie en observant de nombreuses galaxies, ou grâce à ce que nous savons de l’évolution stellaire, et ce nombre est cohérent. Mais si nous cherchons des objets qui peuvent devenir des supernova, nous n’en avons pas assez. Cette découverte a été très utile pour estimer ce que peuvent apporter les binaires chauds de type sous-naine et naine blanche. Cela ne semble toujours pas être beaucoup, aucun des canaux que nous avons observés ne semble être suffisant. »

Sources: Phys.org, Traduction par Astro Univers