Le concept de cet artiste illustre comment l'« étoile citrouille » la plus extrême trouvée par Kepler et Swift se compare au soleil. Les deux étoiles sont représentées à l'échelle. KSw 71 est plus grand, plus frais et plus rouge que le soleil et tourne quatre fois plus vite. La rotation rapide fait que l'étoile s'aplatit en forme de citrouille, ce qui se traduit par des pôles plus lumineux et un équateur plus sombre. La rotation rapide entraîne également des niveaux accrus d'activité stellaire tels que les taches stellaires, fusées éclairantes et protubérances, produisant une émission de rayons X sur 4, 000 fois plus intense que le pic d'émission du soleil. On pense que KSw 71 s'est formé récemment à la suite de la fusion de deux étoiles semblables au soleil dans un système binaire proche. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA/Francis Reddy
Les astronomes utilisant les observations des missions Kepler et Swift de la NASA ont découvert un lot d'étoiles en rotation rapide qui produisent des rayons X à plus de 100 fois les niveaux de pointe jamais vus du soleil. Les étoiles, qui tournent si vite qu'ils ont été écrasés en forme de citrouille, sont considérés comme le résultat de systèmes binaires proches où deux étoiles semblables au soleil fusionnent.
"Ces 18 étoiles tournent en quelques jours en moyenne, alors que le soleil met près d'un mois, " a déclaré Steve Howell, chercheur principal au centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, Californie, et chef d'équipe. "La rotation rapide amplifie le même genre d'activité que nous voyons sur le soleil, comme les taches solaires et les éruptions solaires, et l'envoie essentiellement en surmultipliée."
Le membre le plus extrême du groupe, un géant orange de type K baptisé KSw 71, est plus de 10 fois plus gros que le soleil, tourne en seulement 5,5 jours, et produit une émission de rayons X 4, 000 fois plus grand que le soleil au maximum solaire.
Ces étoiles rares ont été trouvées dans le cadre d'une étude aux rayons X du champ de vision original de Kepler, un morceau du ciel comprenant des parties des constellations Cygnus et Lyra. De mai 2009 à mai 2013, Kepler a mesuré la luminosité de plus de 150, 000 étoiles dans cette région pour détecter la gradation régulière des planètes passant devant leurs étoiles hôtes. La mission a été un immense succès, filet plus de 2, 300 exoplanètes confirmées et près de 5, 000 candidats à ce jour. Une mission prolongée en cours, appelé K2, poursuit ce travail dans les zones du ciel situées le long de l'écliptique, le plan de l'orbite terrestre autour du soleil.
"Un avantage secondaire de la mission Kepler est que son champ de vision initial est maintenant l'une des parties du ciel les mieux étudiées, " a déclaré le membre de l'équipe Padi Boyd, chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a conçu l'enquête Swift. Par exemple, toute la zone a été observée en lumière infrarouge par le Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA, et Galaxy Evolution Explorer de la NASA en a observé de nombreuses parties dans l'ultraviolet. "Notre groupe recherchait des sources de rayons X variables avec des contreparties optiques vues par Kepler, galaxies particulièrement actives, où un trou noir central conduit les émissions, " elle a expliqué.
À l'aide des télescopes à rayons X et ultraviolets/optiques à bord du Swift, les chercheurs ont mené le Kepler-Swift Active Galaxies and Stars Survey (KSwAGS), imager environ six degrés carrés, ou 12 fois la taille apparente d'une pleine lune, dans le champ de Kepler.
"Avec KSwAGS, nous avons trouvé 93 nouvelles sources de rayons X, répartis à peu près également entre les galaxies actives et divers types d'étoiles à rayons X, " a déclaré Krista Lynne Smith, membre de l'équipe, un étudiant diplômé de l'Université du Maryland, College Park qui a dirigé l'analyse des données Swift. "Beaucoup de ces sources n'ont jamais été observées auparavant dans les rayons X ou la lumière ultraviolette."
Pour les sources les plus lumineuses, l'équipe a obtenu des spectres à l'aide du télescope de 200 pouces de l'observatoire Palomar en Californie. Ces spectres fournissent des portraits chimiques détaillés des étoiles et montrent des preuves claires d'une activité stellaire accrue, lignes de diagnostic particulièrement fortes de calcium et d'hydrogène.
Les chercheurs ont utilisé les mesures de Kepler pour déterminer les périodes de rotation et les tailles de 10 des étoiles, qui vont de 2,9 à 10,5 fois plus gros que le soleil. Leurs températures de surface varient d'un peu plus chaudes à légèrement plus froides que le soleil, couvrant principalement les types spectraux F à K. Les astronomes classent les étoiles comme sous-géantes et géantes, qui sont des phases évolutives plus avancées que celles du soleil en raison d'un épuisement plus important de leur principale source de carburant, hydrogène. Toutes finiront par devenir des étoiles géantes rouges beaucoup plus grandes.
Un article détaillant les résultats sera publié dans l'édition du 1er novembre du Journal d'astrophysique et est maintenant disponible en ligne.
Il y a quarante ans, Ronald Webbink à l'Université de l'Illinois, Urbana-Champaign a noté que les systèmes binaires proches ne peuvent pas survivre une fois que l'approvisionnement en carburant d'une étoile diminue et commence à s'agrandir. Les étoiles fusionnent pour former une seule étoile à rotation rapide résidant initialement dans un disque dit "d'excrétion" formé par le gaz rejeté lors de la fusion. Le disque se dissipe au cours des 100 prochains millions d'années, laissant derrière lui un très actif, étoile qui tourne rapidement.
Howell et ses collègues suggèrent que leurs 18 étoiles KSwAGS se sont formées par ce scénario et n'ont dissipé leurs disques que récemment. Identifier autant d'étoiles passant par une phase de développement aussi brève et cosmique est une véritable aubaine pour les astronomes stellaires.
"Le modèle de Webbink suggère que nous devrions trouver environ 160 de ces étoiles dans l'ensemble du champ Kepler, " a déclaré la co-auteur Elena Mason, chercheur à l'Institut national italien d'astrophysique Observatoire astronomique de Trieste. "Ce que nous avons trouvé est conforme aux attentes théoriques lorsque nous tenons compte de la petite partie du champ que nous avons observé avec Swift."
L'équipe a déjà étendu ses observations Swift à d'autres champs cartographiés par la mission K2.
Ames gère les missions Kepler et K2 pour la Direction des missions scientifiques de la NASA. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, géré le développement de la mission Kepler. Ball Aerospace &Technologies Corp. exploite le système de vol avec le soutien du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l'Université du Colorado à Boulder.
Goddard gère la mission Swift en collaboration avec la Pennsylvania State University à University Park, le Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique et Orbital Sciences Corp. à Dulles, Virginie. Les autres partenaires incluent l'Université de Leicester et le Mullard Space Science Laboratory au Royaume-Uni, l'Observatoire de Brera et l'Agence spatiale italienne en Italie, avec des collaborateurs supplémentaires en Allemagne et au Japon.
