Les astronomes rapportent une étoile rare aussi grande ou plus grosse que le soleil de la Terre qui se dilate et se contracte selon un schéma unique dans trois directions différentes.

L'étoile est une étoile qui pulse et se caractérise donc par une luminosité variable au fil du temps. Il est situé 7, 000 années-lumière de la Terre dans la constellation de Pégase, dit l'astronome Farley Ferrante, membre de l'équipe qui a fait la découverte à la Southern Methodist University, Dallas.

Appelée étoile variable, cette étoile particulière est l'une des sept étoiles connues de ce type dans notre galaxie de la Voie lactée.

"C'était difficile de l'identifier, " dit Ferrante. " C'est la première fois que nous rencontrons ce type rare. "

La Voie lactée compte plus de 100 milliards d'étoiles. Mais un peu plus de 400, 900 sont catalogués comme étoiles variables. De celles, à peine sept, dont celle identifiée à SMU, sont la rare étoile variable intrinsèque appelée « delta Scuti à haute amplitude » triple mode (prononcé SKOO-tee) ou triple mode HADS (B), pour faire court.

"La découverte de cet objet aide à étoffer les caractéristiques de ce type unique d'étoile variable. Ces mesures et d'autres peuvent être utilisées pour sonder la façon dont les pulsations se produisent, " a déclaré Robert Kehoe de SMU, professeur au Département de physique qui dirige l'équipe d'astronomie de la SMU. "Les étoiles pulsées ont également été importantes pour améliorer notre compréhension de l'expansion de l'univers et de ses origines, qui est une autre pièce passionnante de ce puzzle."

La star n'a pas encore de nom commun, seulement une désignation officielle basée sur le télescope qui l'a enregistré et ses coordonnées célestes. L'étoile peut être observée à travers un télescope, mais l'identifier était beaucoup plus compliqué.

Un lycéen participant à un programme d'astronomie d'été de la SMU a fait la découverte initiale en éliminant les données d'observation d'étoiles archivées enregistrées par le petit mais puissant télescope ROTSE-I, anciennement du Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique.

Après vérification, l'étoile a été enregistrée dans l'International Variable Star Index sous le nom ROTSE1 J23205.45+345150.9 par l'American Association of Variable Star Observers sur ce lien.

Comment dans l'univers a-t-il été découvert ?

Les astrophysiciens de SMU ont découvert l'étoile variable en analysant la forme de la courbe de lumière, un identifiant de clé de type étoile. Les courbes de lumière ont été créées à partir de données archivées obtenues par ROTSE-I pendant plusieurs nuits en septembre 2000. Le télescope génère des images de lumière optique à partir de signaux électriques en fonction de l'intensité de la source. Les données représentant l'intensité lumineuse en fonction du temps sont tracées sur une échelle pour créer les courbes lumineuses.

Derek Hornung, étudiant au lycée de Plano, a d'abord découvert l'objet dans les données ROTSE-I et a préparé les courbes de lumière initiales. Des courbes lumineuses, les astronomes savaient qu'ils avaient quelque chose de spécial.

Il est devenu encore plus difficile de déterminer le type spécifique d'étoile variable. Puis Eric Guzman, diplômé en physique de l'Université du Texas à Dallas, qui entre dans le programme d'études supérieures de SMU, résolu l'énigme, identifiant l'étoile comme pulsante.

« Les motifs de courbes légères sont bien établis, et ces formes standards correspondent à différents types d'étoiles, " a déclaré Ferrante. " Dans un champ particulier du ciel nocturne sous observation, il peut y avoir eu des centaines, voire des milliers d'étoiles. Donc le logiciel que nous utilisons génère une courbe de lumière pour chacun, pour une nuit. Ensuite, et voici la partie humaine, nous utilisons la capacité de notre cerveau à reconnaître les formes pour trouver quelque chose qui semble intéressant et qui présente une variation. Cela permet d'identifier le candidat étoile variable initial. De là, vous regardez les données de plusieurs autres nuits. Nous combinons tout cela en une seule parcelle, ainsi que d'ajouter des ensembles de données d'autres télescopes, et c'est la preuve pour discerner de quel type d'étoile variable il s'agit."

Cela a été accompli de manière concluante au cours du processus d'arbitrage avec le modérateur de l'indice variable d'étoiles.

Le travail de découverte et d'analyse de cette rare étoile variable a été mené conjointement avec les analyses de huit autres lycéens et de deux autres étudiants de premier cycle travaillant sur d'autres candidats variables. Les élèves du secondaire ont été soutenus par la section SMU du programme QuarkNet du ministère de l'Énergie et de la National Science Foundation.

Chauffage et refroidissement, expansion et contraction

Parmi les étoiles qui varient intrinsèquement en luminosité, un grand nombre présentent des oscillations étonnamment régulières dans leur éclat, ce qui est le signe d'un phénomène de pulsation dans l'étoile, dit Ferrante.

La pulsation résulte de l'expansion et de la contraction à mesure que l'étoile vieillit et épuise le carburant hydrogène à son cœur. Comme le carburant hydrogène brûle plus chaud, l'étoile s'agrandit, puis refroidit, puis la gravité le rétrécit, et la contraction le réchauffe.

"Je parle de façon très générale, car il y a beaucoup de nuances, mais il y a cette lutte continuelle entre la dilatation thermique et la contraction gravitationnelle, " dit Ferrante. " L'étoile oscille comme un ressort, mais il dépasse toujours son équilibre, faire cela pendant des millions d'années jusqu'à ce qu'il évolue dans la phase suivante, où il brûle de l'hélium dans son noyau. Et s'il s'agit de la taille et de la masse du soleil, alors la fusion de l'hélium et du carbone est l'étape finale. Et quand l'hélium est épuisé, nous nous retrouvons avec une braise mourante appelée naine blanche."

Dans la catégorie des pulsations se trouve une classe d'étoiles appelée delta Scuti, dont il y en a des milliers. Ils portent le nom d'un prototype d'étoile dont les traits caractéristiques, notamment de courtes périodes de pulsation à l'échelle de quelques heures, sont typiques de toute la classe.

Au sein du delta Scuti se trouve un sous-type dont des centaines ont été identifiés, appelé delta Scuti de haute amplitude, ou HADS. Leur luminosité varie dans une mesure particulièrement importante, enregistrant plus de 10 % de différence entre leur luminosité minimale et maximale, indiquant des pulsations plus importantes.

Le delta Scuti commun pulse le long du rayon dans une contraction uniforme comme si l'on gonflait un ballon. Une sous-catégorie plus petite sont les HADS, qui présentent des courbes pulsatoires de type asymétrique.

Au sein de l'HADS, il y a le sous-type relativement rare appelé HADS(B) , dont il n'y a que 114 identifiés.

L'évolution des étoiles, juste une question de temps

Un HADS(B) se distingue par ses deux modes d'oscillation :différentes parties de l'étoile s'étendant à des vitesses différentes dans des directions différentes, mais le rapport de ces deux périodes est toujours le même.

Pour la star du SMU, deux modes d'oscillation n'étaient pas immédiatement évidents dans sa courbe de lumière.

"Mais nous savions qu'il se passait quelque chose parce que la courbe de lumière ne correspondait pas tout à fait aux courbes de lumière connues d'autres objets delta Scuti et HADS que nous avions étudiés. Les courbes de lumière, lorsqu'elles étaient superposées, présentaient une asymétrie, " a déclaré Ferrante. "En fin de compte, le HADS (B) que nous avons découvert est encore plus unique que cela - c'est un HADS (B) triple mode et il n'y en avait auparavant que six identifiés dans la Voie lactée. Il a donc trois modes d'oscillation, tous les trois avec une période distincte, chevauchement, et se produisant simultanément.

Si rare, En réalité, il n'y a pas encore de nom pour cette nouvelle catégorie ni de désignation de registre distincte pour elle. Guzman, l'étudiant chercheur qui a analysé et catégorisé l'objet, a rappelé comment le mystère s'est déroulé.

"Quand j'ai commencé l'analyse de l'objet, nous avions une première idée de quel type cela pouvait être, " a déclaré Guzman. "Ma tâche était de prendre les données et d'essayer de confirmer le type en trouvant une deuxième période qui correspondait à un rapport de période constant connu. Après avoir réussi à trouver le deuxième mode, J'ai remarqué un troisième signal. Après avoir vérifié les résultats, J'ai découvert que le troisième signal coïncidait avec ce qui est prédit d'un troisième mode de pulsation."

Le SMU Triple Mode HADS(B) oscille sur une échelle de 2,5 heures, il se dilatera et se contractera donc 10 fois en un jour terrestre. Lui et les six autres HADS(B) connus se trouvent dans la même région générale de la Voie lactée, à quelques milliers d'années-lumière les uns des autres.

"Je suis sûr qu'il y en a plus là-bas, " Ferrante dit, "mais ils sont encore rares, une petite fraction."

La géante rouge la phase finale de l'évolution de l'étoile

Le Triple Mode HADS(B) de SMU est instable et plus avancé dans son évolution stellaire que notre soleil, qui est à peu près d'âge moyen et dont les variations pulsatoires se produisent sur une période de temps beaucoup plus longue. Température centrale HADS(B) triple mode de SMU, chauffé par la combustion d'hydrogène combustible, est d'environ 15 millions de Kelvin ou 28 millions de degrés Fahrenheit.

Un jour, dans des millions d'années, Le triple mode HADS (B) de SMU épuisera le carburant hydrogène à son cœur, et devenir une géante rouge.

"Notre soleil pourrait éventuellement en faire l'expérience, " dit Ferrante. "Mais la Terre sera inhospitalière bien avant cela. Nous ne serons pas là pour le voir."