La recherche dans l'univers de nouveaux systèmes stellaires étranges peut conduire à des découvertes assez intéressantes. Et parfois, il peut révéler des phénomènes qui contredisent tout ce que nous pensons savoir sur la formation et l'évolution des étoiles. De telles découvertes ne sont pas seulement fascinantes et passionnantes, ils nous permettent d'élargir et d'affiner nos modèles sur la façon dont l'univers est né.

Par exemple, une étude récente menée par une équipe internationale de scientifiques a montré comment la récente découverte du système binaire - un pulsar milliseconde et une naine blanche de faible masse (LMWD) - a défié les idées conventionnelles de l'évolution stellaire. Alors que de tels systèmes étaient censés avoir des orbites circulaires dans le passé, la naine blanche dans ce binaire particulier orbite autour du pulsar avec une extrême excentricité !

Pour le décomposer, La sagesse conventionnelle affirme que les LMWD sont le produit d'une évolution binaire. La raison en est que, dans des circonstances normales, une telle étoile - de faible masse mais d'une densité incroyable - ne se formerait qu'après avoir épuisé tout son combustible nucléaire et perdu ses couches externes en tant que nébuleuse planétaire. Étant donné la masse de cette étoile, cela prendrait environ 100 milliards d'années pour se produire tout seul, c'est-à-dire plus longtemps que l'âge de l'univers.

En tant que tel, on pense généralement qu'ils sont le résultat d'un jumelage avec d'autres étoiles - en particulier, pulsars radio millisecondes (MSP). Il s'agit d'une population distincte d'étoiles à neutrons qui ont des périodes de spin rapides et des champs magnétiques de plusieurs ordres de grandeur plus faibles que ceux des pulsars "normaux". On pense que ces propriétés sont le résultat d'un transfert de masse avec une étoile compagne.

Essentiellement, Les MSP en orbite autour d'une étoile les dépouilleront lentement de leur masse, sucer leurs couches externes et les transformer en naine blanche. L'ajout de cette masse au pulsar le fait tourner plus vite et enfouit son champ magnétique, et dépouille également l'étoile compagne en une naine blanche. Dans ce scénario, l'excentricité de l'orbite du LMWD autour du pulsar devrait être négligeable.

Cependant, en regardant le système d'étoiles binaire PSR J2234+0511, l'équipe internationale a remarqué quelque chose de complètement différent. Ici, ils ont trouvé une naine blanche de faible masse associée à un pulsar milliseconde autour duquel la naine blanche a orbité avec une période de 32 jours et une excentricité extrême (0,13). Puisque cela défie les modèles actuels d'étoiles naines blanches, l'équipe a commencé à chercher des explications.

Comme le Dr John Antoniadis, chercheur au Dunlap Institute de l'Université de Toronto et auteur principal de l'étude, l'a expliqué à Universe Today par courrier électronique :

"Les binaires pulsar-LMWD millisecondes sont très courants. Selon le scénario de formation établi, ces systèmes évoluent à partir de binaires à rayons X de faible masse dans lesquels une étoile à neutrons accumule la matière d'une étoile géante. Finalement, cette étoile évolue en naine blanche et l'étoile à neutrons devient un pulsar milliseconde. En raison des fortes forces de marée pendant l'épisode de transfert de masse, les orbites de ces systèmes sont extrêmement circulaires, avec des excentricités d'environ 0,000001 environ."

Pour le plaisir de leur étude, qui est apparu récemment dans le Journal d'astrophysique - intitulé "An Excentric Binary Millisecond Pulsar with a Helium White Dwarf Companion in the Galactic Field" - l'équipe s'est appuyée sur la photométrie optique nouvellement obtenue du système fournie par le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), et la spectroscopie du Very Large Telescope de l'observatoire de Palomar au Chili.

En outre, ils ont consulté des études récentes portant sur d'autres systèmes d'étoiles binaires qui montrent ce même type de relation excentrique. "Nous connaissons maintenant [de] 5 systèmes qui s'écartent de cette image en ce sens qu'ils ont des excentricités de ~ 0,1, c'est-à-dire plusieurs ordres de grandeur plus grands que ce qui est attendu dans le scénario standard, " dit Antoniadis. " Fait intéressant, ils semblent tous avoir des excentricités et des périodes orbitales similaires."

De là, ils ont pu déduire la température (8600 ± 190 K) et la vitesse ( km/s) de la naine blanche compagne dans le système stellaire binaire. Combiné aux contraintes imposées aux deux masses des corps – 0,28 masse solaire pour la naine blanche et 1,4 pour le pulsar – ainsi que leurs rayons et gravité de surface, ils ont ensuite testé trois explications possibles de la naissance de ce système.

Il s'agissait notamment de la possibilité que les étoiles à neutrons (comme le pulsar milliseconde observé ici) se forment par effondrement induit par l'accrétion d'une naine blanche massive. De la même manière, ils ont examiné si les étoiles à neutrons subissent une transformation lorsqu'elles accumulent de la matière, ce qui les fait devenir des étoiles à quarks. Au cours de ce processus, la libération d'énergie gravitationnelle serait responsable de l'induction de l'excentricité observée.

Seconde, ils ont envisagé la possibilité - cohérente avec les modèles actuels d'évolution stellaire - que les LMWD dans une certaine plage de masse aient de forts vents stellaires lorsqu'ils sont très jeunes (en raison de la fusion instable de l'hydrogène). L'équipe a donc cherché à savoir si ces vents stellaires forts pouvaient ou non avoir perturbé l'orbite du pulsar plus tôt dans l'histoire du système.

Durer, ils ont envisagé la possibilité qu'une partie de la matière libérée par la naine blanche dans le passé (en raison de ce même vent stellaire) ait pu former un disque circumbinaire de courte durée. Ce disque agirait alors comme un troisième corps, perturber le système et augmenter l'excentricité de l'orbite de la naine blanche. À la fin, ils ont estimé que les deux premiers scénarios étaient peu probables, puisque la masse déduite pour l'ancêtre du pulsar n'était compatible avec aucun des deux modèles.

Cependant, le troisième scénario, dans laquelle l'interaction avec un disque circumbinaire était responsable de l'excentricité, était cohérent avec leurs paramètres inférés. Quoi de plus, le troisième scénario prédit comment (dans une certaine plage de masse) il ne devrait pas y avoir de binaires circulaires avec des périodes orbitales similaires - ce qui est cohérent avec tous les exemples connus de tels systèmes. Comme l'a expliqué le Dr Antoniadis :

"Ces observations montrent que l'étoile compagne de ce système est bien une naine blanche de faible masse. De plus, la masse du pulsar semble être trop faible pour le #2 et un peu trop élevée pour le #1. Nous étudions également l'orbite du binaire dans la Voie lactée, et cela ressemble beaucoup à ce que nous trouvons pour les binaires à rayons X de faible masse. Ensemble, ces éléments de preuve favorisent l'hypothèse du disque."

Bien sûr, Le Dr Antoniadis et ses collègues admettent que plus d'informations sont nécessaires avant que leur hypothèse puisse être jugée correcte. Cependant, si leurs résultats sont confirmés par des recherches futures, Ensuite, ils prévoient que ce sera un outil précieux pour les futurs astronomes et astrophysiciens cherchant à étudier l'interaction entre les systèmes d'étoiles binaires et les disques circumbinaires.

En outre, la découverte de ce système binaire à haute excentricité permettra de mesurer plus facilement les masses des naines blanches de faible masse avec une extrême précision dans les années à venir. Cela devrait à son tour aider les astronomes à mieux comprendre les propriétés de ces étoiles et ce qui conduit à leur formation.

Comme l'histoire nous l'a appris, comprendre l'univers nécessite un engagement sérieux dans le processus de découverte continue. Et plus nous découvrons, l'étranger qu'il semble devenir, nous obligeant à reconsidérer ce que nous pensons en savoir.