Les astronomes utilisant les télescopes Gemini North et Keck II ont regardé à l'intérieur d'un violent système d'étoiles binaires pour découvrir qu'une des étoiles en interaction a tellement perdu de masse à son partenaire qu'elle a régressé en un corps étrange et inerte ne ressemblant à aucun type d'étoile connu.
Incapable de soutenir la fusion nucléaire en son cœur et vouée à l'orbite avec son partenaire nain blanc beaucoup plus énergique pendant des millions d'années, l'étoile morte est essentiellement un nouveau type d'objet stellaire indéterminé.
"Comme la ligne classique sur le partenaire lésé dans une relation amoureuse, la petite étoile donneuse a donné, et a donné, et a donné un peu plus jusqu'à ce qu'il ne reste rien à donner", explique Steve B. Howell, astronome du Wisconsin-Indiana-Yale -NOAO (WIYN) télescope et l'Observatoire national d'astronomie optique, Tucson, AZ. «Maintenant, l'étoile donneuse a atteint une impasse - elle est beaucoup trop massive pour être considérée comme une super-planète, sa composition ne correspond pas aux naines brunes connues, et elle est beaucoup trop faible en masse pour être une étoile. Il n'y a pas de véritable catégorie pour un objet dans ces limbes. "
Le système binaire, connu sous le nom d'EF Eridanus (en abrégé EF Eri), est situé à 300 années-lumière de la Terre dans la constellation d'Eridanus. EF Eri se compose d'une faible étoile naine blanche avec environ 60% de la masse du Soleil et de l'objet donneur de type inconnu, qui a un volume estimé à seulement 1 / 20ème d'une masse solaire.
Howell et Thomas E. Harrison de l'Université d'État du Nouveau-Mexique ont effectué des mesures infrarouges de haute précision du système d'étoiles binaires en utilisant les capacités spectrographiques de l'imageur proche infrarouge (NIRI) sur le télescope Gemini North et NIRSPEC sur Keck II, tous deux sur Mauna Kea en décembre 2002 et septembre 2003, respectivement. Des observations à l'appui ont été faites avec le télescope de 2,1 mètres du Kitt Peak National Observatory près de Tucson en septembre 2002.
EF Eri est un type de système d'étoiles binaires connu sous le nom de variables cataclysmiques magnétiques. Cette classe de systèmes pourrait produire beaucoup plus de ces objets «morts» que les scientifiques ne l’ont imaginé, déclare Harrison, co-auteur d’un article sur la découverte qui sera publié dans le numéro du 20 octobre du Astrophysical Journal. «Ces types de systèmes ne sont généralement pas pris en compte dans les chiffres de recensement habituels des systèmes stellaires dans une galaxie typique», explique Harrison. "Ils devraient certainement être examinés plus attentivement."
La naine blanche dans EF Eri est un résidu comprimé et brûlé d'une étoile de type solaire qui a maintenant le même diamètre que la Terre, bien qu'elle émette toujours de grandes quantités de lumière visible. Howell et Harrison ont observé EF Eri dans l'infrarouge parce que la lumière infrarouge de la paire est naturellement dominée par la chaleur et les émissions à plus longue longueur d'onde de l'objet secondaire.
Le travail de détective scientifique pour déduire les composants de ce système binaire a été grandement compliqué par le rayonnement cyclotron émis sous forme d'électrons libres en spirale le long des puissantes lignes de champ magnétique de la naine blanche. Le champ magnétique de la naine blanche est environ 14 millions de fois plus puissant que celui du Soleil. Le rayonnement cyclotron résultant est émis principalement dans la partie infrarouge du spectre.
«Dans notre spectroscopie initiale d'EF Eri, nous avons noté que certaines parties de la lumière infrarouge du continuum devenaient environ 2-3 fois plus lumineuses pendant une période de temps, puis disparaissaient. Cet éclaircissement s'est répété à chaque orbite et devait donc avoir une origine dans le binaire », explique Howell. «Nous avons d'abord pensé que le changement de luminosité résultait de la différence entre un côté chauffé et un côté plus frais de l'objet donneur, mais d'autres observations avec Gemini et Keck ont plutôt montré un rayonnement cyclotron. Nous «voyons» ce composant infrarouge supplémentaire aux phases qui se produisent lorsque le rayonnement est rayonné dans notre direction, et nous ne le voyons pas lorsque le rayonnement pointe dans d'autres directions. »
La période orbitale de 81 minutes des deux objets était probablement de quatre ou cinq heures lorsque le processus de transfert de masse a commencé il y a environ cinq milliards d'années. À l'origine, l'objet secondaire pouvait également avoir une taille similaire à celle du Soleil, avec peut-être 50 à 100% d'une masse solaire.
"Quand ce processus interactif de transfert de masse de l'étoile secondaire à la naine blanche commence, et pourquoi il s'est arrêté, les deux nous restent inconnus", explique Howell. Au cours de ce processus, des explosions répétées et des explosions de novae étaient très probables. La physique du processus a également provoqué une spirale plus rapprochée des deux objets. Aujourd'hui, les deux objets tournent autour de la même distance que la distance de la Terre à la Lune. L'objet donneur a régressé en un corps d'un diamètre à peu près égal à la planète Jupiter.
La puissance d'observation combinée des télescopes Gemini 8 mètres et Keck 10 mètres et de leurs grands miroirs primaires, qui étaient essentiels à cette recherche, explique Howell, montre clairement que ni les caractéristiques spectrales du donneur ni sa composition ne correspondent à aucun type connu de naine brune ou planète.
L'Université Derek Homeier de Géorgie a créé une série de modèles informatiques qui tentent de reproduire les conditions à EF Eri, mais même les meilleurs d'entre eux ne correspondent pas parfaitement.
La forme des spectres indique un objet très frais (environ 1700 degrés Kelvin, équivalent à une naine brune froide), mais ils n'ont pas la même forme détaillée ou les caractéristiques clés des spectres nains bruns. Les étoiles normales les plus fraîches (étoiles de type M de très faible masse) sont d'environ 2 500 degrés K et Jupiter est de 124 degrés K. Les exoplanètes proches de «Jupiter chaud» détectées indirectement par d'autres astronomes en utilisant leur effet gravitationnel sur leurs étoiles parentes sont estimées être de 1 000 à 1 600 degrés K.
Il y a une petite chance que le système EF Eri ait pu à l'origine être composé de l'ancêtre de l'étoile naine blanche actuelle et d'une sorte de "super-planète" qui a survécu à l'évolution de la naine blanche pour aboutir au système observé maintenant, mais cela est considéré comme improbable.
"Il existe environ 15 autres systèmes binaires connus qui peuvent être similaires à EF Eri, mais aucun n'a été suffisamment étudié pour le dire", explique Howell. «Nous travaillons sur certains d'entre eux en ce moment et essayons d'améliorer nos modèles pour mieux correspondre aux spectres infrarouges.»
Les co-auteurs de cet article sur EF Eri sont Paula Szkody de l'Université de Washington à Seattle, et Joni Johnson et Heather Osborne de l'État du Nouveau-Mexique.
Le télescope WIYN de 3,5 mètres est situé à l'observatoire national de Kitt Peak, à 55 miles au sud-ouest de Tucson, AZ. L'observatoire national de Kitt Peak fait partie de l'Observatoire national d'astronomie optique, qui est géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA), Inc., dans le cadre d'un accord de coopération avec la National Science Foundation (NSF).
Les agences de recherche nationales qui forment le partenariat de l'Observatoire Gemini comprennent: la US National Science Foundation (NSF), le UK Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), le Canadian National Research Council (NRC), le Chilean Comisi? N Nacional de Investigaci ? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), l'Australian Research Council (ARC), le Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) et le Brésilien Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico ( CNPq). L'Observatoire est géré par l'AURA dans le cadre d'un accord de coopération avec la NSF.
Le W.M. L'observatoire de Keck est exploité par la California Association for Research in Astronomy (CARA), un partenariat scientifique du California Institute of Technology, de l'Université de Californie et de la National Aeronautics and Space Administration.
Source d'origine: communiqué de presse Gemini
