Une nouvelle classe surprenante d'étoiles variables pulsantes à rayons X a été découverte par une équipe d'astronomes américains et canadiens dirigée par Scott Engle et Edward Guinan de l'Université Villanova. Dans le cadre du programme Villanova Secret Lives of Cepheids, les nouvelles observations aux rayons X, obtenu par l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et publié jeudi, le 23 mars dans le Journal d'astrophysique , révèlent que le brillant prototype des Céphéides classiques, d Cephei, est une source périodique de rayons X pulsés.

Les membres de l'équipe de recherche partageant la découverte comprenaient Graham Harper, Université du Colorado; Nancy Remage Evans, Centre d'astrophysique de Harvard ; Manfred Cuntz, Université du Texas, Arlington ; et Hilding Neilson, Université de Toronto.

L'étoile prototype d'après laquelle toutes les Céphéides portent le nom, d Cephei (d Cep) est, à une distance de 890 années-lumière, aussi l'un des plus proches de son type. Les céphéides sont une célèbre classe d'étoiles variables pulsantes et parmi les objets les plus importants de l'Univers sur le plan astronomique. En mesurant les périodes de pulsation et la luminosité des Céphéides, les astrophysiciens peuvent mesurer les distances par rapport à d'autres galaxies et calibrer l'échelle de distance extragalactique. Les céphéides jouent également un rôle de plus en plus vital dans les efforts visant à mesurer avec précision le taux d'expansion de l'Univers et à résoudre l'écart de développement de Hubble.

Données récemment retournées pour d Cep de l'observatoire de rayons X Chandra, combiné aux mesures radiographiques précédentes sécurisées avec le satellite à rayons X XMM-Newton, ont montré que d Cep a des variations de rayons X se produisant en accord avec la période de pulsation de 5,4 jours de l'étoile supergéante. Les rayons X sont observés à toutes les phases des pulsations de l'étoile, mais augmente fortement d'environ 400 % près du moment où l'étoile gonfle jusqu'à son diamètre maximal d'environ 45 fois celui du Soleil.

"Nos premières observations aux rayons X des Céphéides ont été faites en 2006, et nos premières détections ont été accueillies avec une bonne dose de scepticisme. L'idée que les Céphéides pourraient être actives aux rayons X semblait farfelue car ces étoiles ne sont que quelques fois plus massives et un peu plus chaudes que le Soleil, " a déclaré Engle. " Plus d'une décennie plus tard, nous avons enfin montré qu'ils peuvent en fait être variables aux rayons X, mais le travail est loin d'être terminé. Maintenant, nous devons comprendre comment ils génèrent et modulent leurs émissions de rayons X, et quel effet cela pourrait avoir sur la loi période-luminosité de Leavitt."

d Cep est une étoile brillante, facilement visible sans télescope vers le nord dans la constellation de Céphée. Cette étoile supergéante jaune, dont les variations de luminosité optique ont été découvertes en 1784, était l'une des premières étoiles variables connues. Ses variations lumineuses sont le résultat de pulsations radiales, dans laquelle l'étoile se contracte et se dilate avec la même période de 5,4 jours que ses variations de luminosité. La surface de d Cep atteint des vitesses supersoniques d'environ 82, 000 milles à l'heure, tandis que l'étoile rétrécit et grandit d'environ 2 millions de kilomètres au cours de chaque période de pulsation. Des milliers de céphéides ont été trouvées dans notre galaxie ainsi que dans d'autres galaxies à des centaines de millions d'années-lumière.

Les analyses des données radiographiques indiquent la présence inattendue de plasmas très chauds dans d Cep, avec des températures supérieures à 10 millions de degrés Celsius. Il n'est pas encore certain que les rayons X proviennent d'ondes de choc induites par des pulsations dans l'atmosphère dynamique de l'étoile, ou de la génération d'un champ magnétique stellaire qui s'enchevêtre, émettant des rayons X. D'autres Céphéides sont à l'étude pour comprendre la source de la chaleur, Plasmas émetteurs de rayons X. Au moins deux Céphéides supplémentaires montrent une variabilité potentielle des rayons X.

L'équipe de recherche dirigée par Engle et Guinan a précédemment utilisé le télescope spatial Hubble pour étudier les raies d'émission ultraviolette de d Cep et d'autres céphéides. Ces raies d'émission proviennent de plasmas allant jusqu'à 300, 000 degrés Celsius; plus froid que les plasmas émettant des rayons X mais toujours beaucoup plus chaud que la surface des étoiles. Les émissions ultraviolettes varient également en accord avec les périodes de pulsation des Céphéides mais augmentent fortement après que la Céphéide a atteint le rayon minimum, par opposition aux émissions de rayons X qui culminent juste après le rayon maximum. L'équipe étudie toujours exactement pourquoi les émissions ultraviolettes et de rayons X atteignent leur maximum à des phases si différentes des pulsations de l'étoile.

"Les étoiles céphéides classiques sont considérées comme les étoiles variables les plus importantes du ciel. Ces étoiles supergéantes pulsantes sont utilisées depuis le milieu des années 1920 par Edwin Hubble et d'autres astronomes pour mesurer les distances aux galaxies et déterminer le taux d'expansion de l'univers, " dit Guinan. " Après de nombreux essais, l'incapacité à détecter les rayons X des céphéides au cours des années 1980-90 a conduit les astronomes à les abandonner en tant qu'étoiles potentielles à rayons X. Ce fut donc une grande (mais agréable) surprise de trouver une émission de rayons X de d Cep et de plusieurs autres Céphéides."

Cette découverte de rayons X pour d Cep et d'autres céphéides est la plus récente d'une liste de propriétés de céphéides récemment découvertes. Ceux-ci incluent les gaz circumstellaires et les environnements poussiéreux, excès infrarouges, lignes d'émission ultraviolette, et les variations d'un cycle à l'autre des changements de lumière périodiques des étoiles. Cette combinaison de découvertes montre que les Céphéides, après plus de deux siècles d'études, ont encore leurs secrets. Compte tenu de l'importance astrophysique et cosmologique des Céphéides, et les hautes précisions requises pour tester les modèles cosmologiques, ces nouvelles découvertes devraient être mieux comprises. Des observations aux rayons X d'autres Céphéides brillantes sont prévues pour démêler leur comportement aux rayons X.