« Incroyable » – Des astrophysiciens ont identifié un système stellaire binaire avec la masse la plus faible et la période la plus courte jamais observée

Cette illustration représente une paire d’étoiles en orbite rapprochée. Crédit : ESO/L. Calzada

Des astrophysiciens de la Northwestern University et de l’Université de Californie à San Diego ont identifié le système binaire le plus étroit jamais observé parmi les naines ultrafroides.

Les deux étoiles sont si proches qu’elles effectuent une révolution l’une autour de l’autre en moins d’un jour terrestre, ce qui signifie que « l’année » de chaque étoile ne dure que 20,5 heures.

Le système nouvellement découvert, LP 413-53AB, se compose d’une paire de naines ultrafroides, qui sont des étoiles de très faible masse qui émettent de la lumière principalement dans l’infrarouge, ce qui les rend invisibles à l’œil humain. Malgré cela, c’est l’un des types d’étoiles les plus abondants dans l’univers.

L’illustration montre à quel point les étoiles binaires naines ultrafroides sont actuellement proches et comment cette proximité a changé au fil du temps. Crédit : Adam Burgaser/Université de Californie à San Diego

Auparavant, les astronomes avaient détecté trois systèmes binaires nains ultrafroids à courte période, tous relativement jeunes – jusqu’à 40 millions d’années. On estime que LP 413-53AB a des milliards d’années – similaire à l’âge de notre Soleil – mais a une période orbitale au moins trois fois plus courte que toutes les binaires naines ultrafroides découvertes à ce jour.

« C’est excitant de découvrir un système aussi extrême », a déclaré Chih Chun « Dino » Hsu, un astrophysicien du Nord-Ouest qui a dirigé l’étude. « En principe, nous savions que de tels systèmes devraient exister, mais aucun de ces systèmes n’a encore été identifié. »

Hsu a récemment présenté la recherche lors d’une conférence de presse lors de la 241e réunion de l’American Astronomical Society à Seattle dans le cadre d’une session sur « Les étoiles et leurs activités ».

Hsu est chercheur postdoctoral en physique et astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de la Northwestern University et membre du Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Il a commencé cette étude alors qu’il était titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Université de Californie à San Diego, où il était conseillé par le professeur Adam Borgaser.

L’équipe a d’abord découvert l’étrange système binaire en explorant les données d’archives. Hsu a développé un algorithme capable de modéliser une étoile à partir de ses données spectrales. En analysant le spectre de la lumière émise par une étoile, les astrophysiciens peuvent déterminer la composition chimique, la température, la gravité et la rotation de l’étoile. Cette analyse montre également le mouvement de l’étoile lorsqu’elle se rapproche et s’éloigne de l’observateur, connue sous le nom de vitesse radiale.

Cette illustration compare la proximité des deux étoiles naines dans le système binaire nouvellement découvert à celle d’autres systèmes. Crédit : Adam Burgaser/Université de Californie à San Diego

Lors de l’examen des données spectrales pour LP 413-53AB, Hsu a remarqué quelque chose d’étrange. Les premières observations ont détecté le système lorsque les étoiles s’alignaient à peu près et que leurs lignes spectrales se chevauchaient, ce qui a amené Hsu à croire qu’il ne s’agissait que d’une seule étoile. Mais au fur et à mesure que les étoiles se déplaçaient sur leur orbite, les lignes spectrales se déplaçaient dans des directions opposées, se divisant en paires dans les données spectrales ultérieures. Hsu s’est rendu compte qu’il y avait, en fait, deux étoiles enfermées dans une paire incroyablement serrée.

À l’aide de puissants télescopes de l’observatoire W.M. Keck, Hsu décida d’observer lui-même le phénomène. Le 13 mars 2022, l’équipe a pointé les télescopes vers la constellation du Taureau, où se trouve le système binaire, et l’a observée pendant deux heures. Ensuite, ils ont poursuivi avec d’autres observations en juillet, octobre et décembre.

« Lorsque nous faisions cette mesure, nous pouvions voir les choses changer dans les deux minutes suivant l’observation », a déclaré Borgaser. La plupart des binaires que nous suivons ont des périodes orbitales d’années. Ainsi, vous êtes mesuré tous les quelques mois. Ensuite, après un certain temps, vous pouvez assembler le puzzle. Avec ce système, on peut voir les raies spectrales s’éloigner en temps réel. C’est incroyable de voir quelque chose se produire dans l’univers à l’échelle humaine. »

Les observations ont confirmé ce que prévoyait le modèle de Hsu. La distance entre les deux étoiles est d’environ 1% de la distance entre la Terre et le Soleil. « C’est incroyable, car quand elles étaient jeunes, âgées d’environ un million d’années, ces stars se surpassaient », a déclaré Burgaser.

L’équipe suppose que les étoiles ont migré l’une vers l’autre au cours de leur évolution ou qu’elles se sont peut-être réunies après l’éjection d’un troisième membre étoile maintenant perdu. D’autres observations sont nécessaires pour tester ces idées.

Hsu a également déclaré qu’en étudiant des systèmes stellaires similaires, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur les planètes potentiellement habitables au-delà de la Terre. Les naines supercool sont beaucoup plus faibles et plus sombres que le Soleil, de sorte que tout monde avec de l’eau liquide à la surface – un ingrédient crucial pour créer et maintenir la vie – devrait être plus proche de l’étoile. Cependant, pour LP 413-53AB, la distance de la zone habitable est comparable à l’orbite stellaire, ce qui rend impossible la formation de planètes habitables dans ce système.

« Ces naines surfondues sont voisines de notre soleil », a déclaré Hsu. « Pour identifier les hôtes potentiellement habitables, il est utile de commencer par nos voisins proches. Mais si les binaires proches sont courants chez les naines ultra-froides, il peut y avoir quelques mondes habitables supplémentaires à trouver. »

Pour explorer pleinement ces scénarios, Hsu, Burgasser et leurs collaborateurs espèrent identifier davantage de systèmes binaires ultra-froids pour générer un échantillon de données complet. Les nouvelles données d’observation peuvent aider à renforcer les modèles théoriques de formation et d’évolution des étoiles binaires. Jusqu’à présent, cependant, trouver des étoiles binaires super cool est resté un exploit rare.

« Ces systèmes sont rares », a déclaré Chris Thiessen, co-auteur de l’étude et boursier postdoctoral à l’Université de Californie à San Diego. Mais nous ne savons pas s’ils sont rares parce qu’ils sont si rares ou parce que nous ne les avons pas trouvés. C’est une question ouverte. Nous avons maintenant un point de données sur lequel nous pouvons commencer à nous appuyer. Ces données sont dans les archives depuis longtemps. L’outil Dino nous permettra de rechercher plus de fichiers binaires comme celui-ci. »

Réunion : 241e réunion de l’American Astronomical Society