Suivre une étoile de faible masse alors qu’elle traverse la Voie lactée

Il peut sembler que le Soleil est stationnaire alors que les planètes sur son orbite se déplacent, mais il tourne en réalité autour de la Voie lactée à une vitesse impressionnante d'environ 220 kilomètres par seconde, soit près d'un demi-million de kilomètres par heure. Aussi rapide que cela puisse paraître, lorsqu’une faible étoile rouge a été découverte traversant le ciel à un rythme remarquablement rapide, les scientifiques l’ont remarqué.

Grâce aux efforts d'un projet de science citoyenne appelé Backyard Worlds: Planet 9 et d'une équipe d'astronomes de tout le pays, une rare étoile sous-naine L à hypervitesse a été trouvée traversant la Voie Lactée. Plus remarquable encore, cette étoile pourrait être sur une trajectoire qui la ferait quitter complètement la Voie lactée. La recherche, dirigée par Adam Burgasser, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Californie à San Diego, a été présentée lors d'une conférence de presse lors de la 244e réunion nationale de l'American Astronomical Society (AAS) à Madison, Wisconsin.

L'étoile, joliment nommée CWISE J124909+362116.0 (“J1249+36”), a été remarquée pour la première fois par certains des plus de 80 000 bénévoles scientifiques participant au projet Backyard Worlds: Planet 9, qui examinent d'énormes quantités de données collectées au cours du passé. 14 ans de mission Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA. Ce projet capitalise sur la grande capacité des humains, qui sont programmés au cours de l’évolution pour rechercher des modèles et repérer des anomalies d’une manière inégalée par la technologie informatique. Les volontaires marquent les objets en mouvement dans des fichiers de données et lorsqu'un nombre suffisant de volontaires marquent le même objet, les astronomes enquêtent.

J1249+36 s'est immédiatement démarqué par la vitesse à laquelle il se déplace dans le ciel, initialement estimée à environ 600 kilomètres par seconde (1,3 million de miles par heure). À cette vitesse, l’étoile est suffisamment rapide pour échapper à la gravité de la Voie lactée, ce qui en fait une étoile potentielle « à hypervitesse ».

Pour mieux comprendre la nature de cet objet, Burgasser s'est tourné vers l'observatoire WM Keck de Mauna Kea, à Hawaï, pour mesurer son spectre infrarouge. Ces données ont révélé que l’objet était une sous-naine L rare, une classe d’étoiles avec une masse et une température très faibles. Les sous-naines représentent les étoiles les plus anciennes de la Voie Lactée.

La compréhension de la composition de J1249 + 36 a été rendue possible grâce à un nouvel ensemble de modèles d'atmosphère créés par Roman Gerasimov, ancien élève de l'UC San Diego, qui a travaillé avec Efrain Alvarado III, chercheur à l'UC LEADS, pour générer des modèles spécifiquement adaptés à l'étude des sous-nains L.

“C'était passionnant de voir que nos modèles étaient capables de correspondre avec précision au spectre observé”, a déclaré Alvarado, qui présente ses travaux de modélisation lors de la réunion de l'AAS.

Les données spectrales, ainsi que les données d'imagerie de plusieurs télescopes au sol, ont permis à l'équipe de mesurer avec précision la position et la vitesse de J1249+36 dans l'espace, et ainsi de prédire son orbite à travers la Voie Lactée.

“C'est là que la source est devenue très intéressante, car sa vitesse et sa trajectoire montraient qu'elle se déplaçait suffisamment vite pour potentiellement s'échapper de la Voie Lactée”, a déclaré Burgasser.

Qu’est-ce qui a donné un coup de fouet à cette star ?

Les chercheurs se sont concentrés sur deux scénarios possibles pour expliquer la trajectoire inhabituelle de J1249+36. Dans le premier scénario, J1249+36 était à l’origine le compagnon de faible masse d’une naine blanche. Les naines blanches sont les noyaux restants d’étoiles qui ont épuisé leur combustible nucléaire et se sont éteintes. Lorsqu’un compagnon stellaire se trouve sur une orbite très proche d’une naine blanche, il peut transférer de la masse, entraînant des explosions périodiques appelées novae. Si la naine blanche collecte trop de masse, elle peut s’effondrer et exploser sous forme de supernova.

“Dans ce type de supernova, la naine blanche est complètement détruite, donc son compagnon est libéré et s'envole à la vitesse orbitale à laquelle il se déplaçait à l'origine, avec également un petit coup de pied dû à l'explosion de la supernova”, a déclaré Burgasser. “Nos calculs montrent que ce scénario fonctionne. Cependant, la naine blanche n'est plus là et les restes de l'explosion, qui s'est probablement produite il y a plusieurs millions d'années, se sont déjà dissipés, nous n'avons donc pas de preuve définitive qu'il s'agit bien de cette naine. origine.”

Dans le deuxième scénario, J1249+36 était à l’origine membre d’un amas globulaire, un amas d’étoiles étroitement lié, immédiatement reconnaissable à sa forme sphérique distincte. Les centres de ces amas devraient contenir des trous noirs d’une large gamme de masses. Ces trous noirs peuvent également former des systèmes binaires, et de tels systèmes s'avèrent être d'excellentes catapultes pour toutes les étoiles qui s'approchent trop près d'eux.

“Lorsqu'une étoile rencontre un trou noir binaire, la dynamique complexe de cette interaction à trois corps peut projeter cette étoile hors de l'amas globulaire”, a expliqué Kyle Kremer, nouveau professeur adjoint au département d'astronomie et d'astrophysique de l'UC San Diego. Kremer a effectué une série de simulations et a découvert qu'en de rares occasions, ce type d'interactions peut expulser un sous-nain de faible masse d'un amas globulaire et le suivre sur une trajectoire similaire à celle observée pour J1249+36.

“Cela démontre une preuve de concept”, a déclaré Kremer, “mais nous ne savons pas réellement de quel amas globulaire est issue cette étoile.” Retracer J1249+36 dans le temps le place dans une partie du ciel très peuplée qui peut cacher des amas non découverts.

Pour déterminer si l'un de ces scénarios, ou un autre mécanisme, peut expliquer la trajectoire de J1249+36, Burgasser a déclaré que l'équipe espère examiner de plus près sa composition élémentaire. Par exemple, lorsqu'une naine blanche explose, elle crée des éléments lourds qui auraient pu « polluer » l'atmosphère de J1249+36 lors de sa fuite. Les étoiles des amas globulaires et des galaxies satellites de la Voie lactée présentent également des modèles d'abondance distincts qui peuvent révéler l'origine de J1249+36.

“Nous recherchons essentiellement une empreinte chimique qui permettrait de déterminer de quel système provient cette étoile”, a déclaré Gerasimov, dont les travaux de modélisation lui ont permis de mesurer l'abondance des éléments des étoiles froides dans plusieurs amas globulaires, travaux qu'il présente également au Réunion de l'AAS.

Que le voyage rapide de J1249+36 soit dû à une supernova, à une rencontre fortuite avec un trou noir binaire ou à un autre scénario, sa découverte offre aux astronomes une nouvelle opportunité d'en apprendre davantage sur l'histoire et la dynamique de la Voie lactée.