Crédit d'image: CfA
Depuis sa découverte en 1998, «l'étoile clignotante» appelée KH 15D a dérouté les astronomes cherchant à expliquer ses éclipses durables (24 jours). Beaucoup ont émis l'hypothèse que les éclipses étaient causées par des taches de matière intermédiaires dans un disque protoplanétaire entourant une seule et jeune étoile semblable au Soleil.
En examinant l'histoire passée de ces éclipses et comment elles évoluent avec le temps, l'astronome Joshua Winn (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) et ses collègues ont renversé cette hypothèse et mis au point une nouvelle théorie qui explique presque tout sur le système.
Ils ont découvert que l '«étoile clignotante» est en fait un système d'étoiles doubles. Quelque chose au premier plan, peut-être un disque poussiéreux de matière entourant le binaire, bloque par intermittence la lumière d'une ou des deux étoiles, alors que les étoiles tournent l'une autour de l'autre. Finalement, les deux étoiles seront complètement recouvertes par le rideau de poussière et le système «étoile clignotante» disparaîtra de la vue.
«Ces deux stars jouent à cache-cache avec nous. La deuxième étoile jetait un coup d'œil brièvement, mais elle est maintenant complètement obscurcie. Bientôt, elle sera rejointe par la première étoile et les deux resteront cachées pendant des décennies », explique Winn.
Les archives révèlent la vérité
Les indices essentiels pour comprendre «l'étoile qui clignote» ont été trouvés dans les photographies d'archives du ciel de Harvard College Observatory, au Massachusetts, et Asiago Observatory, en Italie. L'examen des photographies de Harvard a montré qu'au cours de la première moitié du 20e siècle, aucune des éclipses totales observées aujourd'hui. Les photographies d'Asiago prises entre 1967 et 1982 contenaient des preuves d'éclipses, mais avec une différence essentielle: le système était plus lumineux qu'il ne l'est aujourd'hui, à la fois pendant les éclipses et à l'extérieur des éclipses. Cette lumière supplémentaire doit provenir d'une deuxième étoile qui était visible dans les années 1970, mais qui est complètement cachée aujourd'hui.
Cette perspicacité a été la clé pour percer le mystère de KH 15D. Avant 1960, aucune étoile n'était éclipsée. Puis, un rideau de poussière a dérivé au premier plan vu de la Terre, bloquant une partie de l'orbite de l'une des étoiles. Tout au long des années 1970, cette étoile a subi des éclipses alors que son mouvement orbital la portait derrière le rideau. En 1998, le rideau avait suffisamment avancé pour cacher complètement l'une des étoiles - et l'autre étoile tombe périodiquement hors de vue alors que son orbite la prend derrière le rideau. Vers 2012, les deux étoiles seront complètement cachées.
Les mesures de vitesse radiale actuellement effectuées par John Johnson (UC Berkeley), co-auteur de cette étude, seront en mesure de tester si l'étoile visible se déplace d'avant en arrière, tirée par la gravité d'un compagnon de masse stellaire.
«Les plaques Asiago fournissent des preuves très convaincantes, mais les mesures de vitesse radiale seront déterminantes», explique Johnson.
La nouvelle image de KH 15D
L'assemblage des observations de KH 15D comme des pièces d'un puzzle révèle deux étoiles de moins de 10 millions d'années. (Notre Soleil, en revanche, a 5 milliards d'années.) Ils tournent les uns autour des autres tous les 48 jours sur des orbites hautement elliptiques, ce qui explique la période d'éclipse de 48 jours. Leur distance moyenne à part est d'environ 0,25 unité astronomique (23 millions de miles), soit les deux tiers de la distance de Mercure au Soleil. Pourtant, leurs orbites excentriques les rapprochent de seulement 0,07 UA (6,5 millions de milles).
"Au fur et à mesure que les binaires disparaissent, leur orbite n'est pas inhabituelle", explique le co-auteur Krzysztof Stanek (CfA).
Winn est d'accord, ajoutant: "La chose étrange à propos de ce système est qu'il y a quelque chose qui bloque la lumière de ces étoiles - quelque chose d'opaque, avec une arête vive." L'identité de ce rideau est inconnue, mais il peut être le bord d'un disque de poussière qui entoure les deux étoiles.
«Des disques de poussière ont été vus autour d'autres systèmes stellaires binaires», explique Matthew Holman (CfA), co-auteur de l'étude. «Nous imaginons que le disque de ce système est incliné par rapport au plan de l'orbite des deux étoiles. Cela ferait vaciller le disque, comme un Frisbee vacille parfois dans les airs après un mauvais lancer. »
Selon les calculs de Holman, la poussière peut exister dans un anneau situé à 2,6 UA (240 millions de miles) des étoiles. Le matériau dans l'anneau lui-même fait une orbite complète environ tous les 4 ans, mais l'oscillation (ou «précession») de l'anneau a une période beaucoup plus longue d'environ 1000 ans. Une théorie similaire a été proposée indépendamment par Eugene Chiang et Ruth Murray-Clay de UC Berkeley.
«À partir de 1960 environ, le bord de ce disque de précession a commencé à bloquer notre vision des étoiles», explique Holman. "Après une autre décennie, le disque va précessionner un peu plus et bloquer complètement notre vue." Quelque temps après, selon l'épaisseur de l'anneau, le processus s'inversera à mesure que les étoiles seront progressivement découvertes et les éclipses s'arrêteront.
De nombreuses questions concernant le KH 15D demeurent. Par exemple, quelle est la nature du disque? Pourquoi est-il incliné vers le plan orbital des binaires? Pourquoi a-t-il un bord aussi tranchant? Les étoiles clignotantes de KH 15D sont susceptibles de confondre les astronomes avec ces énigmes et d'autres pour les années à venir.
Cette recherche sera publiée dans le numéro du 1er mars 2004 de The Astrophysical Journal Letters. Les auteurs de l'étude sont Joshua Winn (CfA), Matthew Holman (CfA), John Johnson (UC Berkeley), Krzysztof Stanek (CfA) et Peter Garnavich (Université de Notre Dame).
Basé à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: Communiqué de presse de la CfA
