En plus des étoiles solo comme le soleil, l'univers contient des systèmes binaires comprenant deux étoiles massives qui interagissent l'une avec l'autre. Dans de nombreux binaires, les deux étoiles sont assez proches pour échanger de la matière et peuvent même fusionner, produisant une seule étoile de grande masse qui tourne à grande vitesse.

Jusqu'à maintenant, le nombre de binaires de grande masse connus a été très faible, essentiellement confinés à ceux identifiés dans notre galaxie, la voie Lactée.

Un groupe international d'astronomes dirigé par des chercheurs de l'Institut d'astronomie de l'Université de São Paulo, Géophysique et sciences atmosphériques (IAG-USP) au Brésil, vient d'allonger la liste des en identifiant et caractérisant 82 nouveaux binaires de grande masse situés dans la nébuleuse de la Tarentule, également connu sous le nom de 30 Doradus, dans le Grand Nuage de Magellan. Le LMC est une galaxie satellite de la Voie lactée et est d'environ 160, 000 années-lumière de la Terre.

Les résultats de l'étude sont décrits dans un article publié dans la revue Astronomie &Astrophysique .

"En identifiant et caractérisant ces 82 binaires de grande masse, nous avons plus que doublé le nombre de ces objets, et dans une région complètement nouvelle avec des conditions très différentes de celles trouvées dans la Voie Lactée, " a déclaré Leonardo Andrade de Almeida, stagiaire postdoctoral à l'IAG-USP et premier auteur de l'étude.

Dans une recherche supervisée par Augusto Damineli Neto, professeur titulaire à l'IAG et co-auteur de l'article, Almeida a analysé les données obtenues lors des campagnes d'observation VLT-FLAMES Tarantula Survey et Tarantula Massive Binary Monitoring menées par l'Observatoire européen austral (ESO) à partir de 2011.

À l'aide de FLAMMES/GIRAFE, un spectrographe couplé au Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, qui possède quatre miroirs primaires de 8 m et opère dans le désert d'Atacama au Chili, les campagnes d'observation ont collecté des données spectrales pour plus de 800 objets de masse élevée dans la région de la nébuleuse de la Tarentule, ainsi nommé parce que ses filaments brillants ressemblent à des pattes d'araignée.

De ce total de 800 objets observés, les astronomes qui ont travaillé sur les deux relevés ont identifié 100 binaires candidats de type spectral O (très chaud et massif) dans un échantillon de 360 ​​étoiles sur la base de paramètres tels que l'amplitude des variations de leur vitesse radiale (la vitesse de déplacement de ou vers un observateur).

Depuis deux ans, Almeida a collaboré avec des collègues d'autres pays sur une analyse de ces 100 binaires candidats de masse élevée à l'aide du spectrographe FLAMES/GIRAFFE et a réussi à caractériser complètement 82 d'entre eux.

« Cela représente la plus grande étude et caractérisation spectroscopique de systèmes binaires massifs jamais réalisée, " a-t-il déclaré. " Cela n'a été possible que grâce aux capacités technologiques du spectrographe FLAMES/GIRAFFE. "

L'instrument scientifique développé par l'ESO permet d'obtenir les spectres de plusieurs objets simultanément, et des objets plus faibles peuvent être observés car le spectrographe est couplé au VLT, qui a de grands miroirs et capte plus de lumière, expliqua Almeida.

"Nous pouvons collecter 136 spectres en une seule observation en utilisant FLAMMES/GIRAFFE, " dit-il. " Rien de semblable ne pouvait être fait avant. Nos instruments ne pouvaient observer que des objets individuels et il a fallu beaucoup plus de temps pour les caractériser."

L'analyse spectroscopique des 82 binaires a montré que des propriétés telles que le rapport de masse, la période orbitale (le temps nécessaire pour terminer une orbite) et l'excentricité orbitale (la quantité par laquelle l'orbite s'écarte d'un cercle parfait) étaient très similaires à celles observées dans la Voie lactée.

C'était inattendu puisque le LMC incarne une phase de l'univers antérieure à la Voie lactée, quand le plus grand nombre d'étoiles de grande masse s'est formé. Pour cette raison, sa métallicité - la proportion de sa matière constituée d'éléments chimiques autres que l'hydrogène et l'hélium primordiaux - n'est que la moitié de celle des binaires trouvées dans la Voie lactée, dont la métallicité est très proche de celle du soleil.

"Au commencement de l'univers, les étoiles étaient pauvres en métaux mais l'évolution chimique a augmenté leur métallicité, " a déclaré Almeida.

Cette analyse des binaires dans le LMC, il ajouta, fournit les premières contraintes directes sur les propriétés des binaires massifs dans les galaxies dont les étoiles se sont formées dans l'univers primitif et ont la métallicité du LMC.

"Les découvertes faites au cours de l'étude peuvent fournir de meilleures mesures pour une utilisation dans des simulations plus réalistes de la façon dont les étoiles de grande masse ont évolué dans les différentes phases de l'univers. Si c'est le cas, nous pourrons obtenir des estimations plus précises de la vitesse à laquelle les trous noirs, des étoiles à neutrons et des supernovae se sont formées dans chaque phase, par exemple, " il a dit.

Les étoiles de grande masse sont les moteurs les plus importants de l'évolution chimique de l'univers. Parce qu'ils sont plus massifs, ils produisent plus de métaux lourds, évoluer plus rapidement, et finissent leur vie en supernovae, éjectant toute leur matière dans le milieu interstellaire. Cette matière est recyclée pour former une nouvelle population d'étoiles.

Cependant, Almeida continua, les estimations de l'évolution chimique de l'univers et les prédictions astrophysiques du nombre de trous noirs prennent généralement en compte les seules étoiles comme notre soleil, qui évoluent plus simplement.

Selon lui, lorsque vous incluez des binaires dans le calcul de ces projections, le résultat change radicalement. Ainsi, lorsque vous faites des prédictions astrophysiques, il est important de considérer ces objets massifs.