La courbe de lumière K2 (courbe dentelée noire) s'est pliée sur une période de 71,23 minutes. La courbe rouge représente un modèle géométrique simple avec une éclipse totale de 5 minutes et une contribution de 9% pour émuler un effet d'illumination sur l'étoile compagnon. La courbe bleue est l'ajustement au modèle basé sur la longueur des observations K2. Crédit :Université Bishop's
Une équipe internationale d'astronomes utilisant les données du télescope spatial Kepler rajeuni a découvert une perle rare :un système binaire composé d'une étoile défaillante, également connue sous le nom de naine brune, et le reste d'une étoile morte connue sous le nom de naine blanche. Et l'une des propriétés qui rend ce binaire si remarquable est que la période orbitale des deux objets n'est que de 71,2 minutes. Cela signifie que les vitesses des étoiles lorsqu'elles orbitent sont d'environ 100 km/sec (une vitesse qui vous permettrait de traverser l'Atlantique en moins d'une minute). À l'aide de cinq télescopes au sol différents sur trois continents, l'équipe a pu en déduire que ce système binaire se compose d'une étoile défaillante avec une masse d'environ 6,7% de celle du Soleil (équivalent à 67 masses de Jupiter) et d'une naine blanche qui a une masse d'environ 40% de la masse du soleil. Ils ont également déterminé que la naine blanche commencera à cannibaliser la naine brune dans moins de 250 millions d'années, faisant de ce binaire la variable pré-cataclysmique la plus courte jamais découverte.
L'étoile naine blanche chaude avait été identifiée à l'origine par le SDSS sous le nom de WD1202-024 et était considérée comme une étoile isolée. Le fait qu'il soit en fait membre d'un binaire très proche de 71 minutes a été annoncé par le Dr Lorne Nelson de l'Université Bishop's lors de la réunion semestrielle de l'American Astronomical Society à Austin, TX le 6 juin (voir le lien à droite pour une version concaténée de la webdiffusion de la conférence de presse). Le Dr Saul Rappaport (M.I.T.) et Andrew Vanderburg (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) analysaient les courbes de lumière de plus de 28, 000 cibles K2 lorsqu'une observation a attiré leur attention. Contrairement aux transits d'exoplanètes qui passent devant leurs étoiles hôtes et provoquent une petite atténuation de la luminosité de l'étoile, cette courbe de lumière montrait des éclipses raisonnablement profondes et larges avec une contribution sinusoïdale à la luminosité entre les éclipses qui serait due à un éclairage de la composante froide par la naine blanche beaucoup plus chaude.
L'équipe a rapidement conçu un modèle pour le binaire montrant qu'il était cohérent avec une naine blanche chaude composée d'hélium éclipsée par une naine brune beaucoup plus froide et de masse inférieure qui est vue presque de côté.
Le destin final de WD1202 en tant que variable cataclysmique. La naine brune déborde de son lobe de Roche en forme de larme et perd de la masse au profit de l'accréteur naine blanche compacte. Un disque d'accrétion d'hydrogène gazeux chaud entoure la naine blanche. Crédit :Université Bishop's
Mais de grandes questions demeuraient. Comme Lorne Nelson l'a dit, « Nous avions construit un modèle robuste, mais nous devions encore résoudre les problèmes de « grande image », tels que la façon dont ce système s'est formé et quel serait son destin final." Afin de répondre à cette question, l'équipe a utilisé des modèles informatiques sophistiqués pour simuler la formation et l'évolution de WD1202. Selon leur scénario, le binaire primordial se composait d'une étoile ordinaire de masse solaire de 1,25 et d'une naine brune qui étaient sur une orbite de 150 jours l'une avec l'autre. L'étoile s'est agrandie en vieillissant, devenant une géante rouge qui a ensuite englouti sa compagne naine brune. Comme Nelson l'explique, "C'est similaire à un effet de batteur à œufs. La naine brune se dirige vers le centre de la géante rouge et fait que la majeure partie de la masse de la géante rouge est soulevée du noyau et expulsée. Le résultat est un brun nain dans un extraordinairement serré, orbite à courte période avec le noyau d'hélium chaud de la géante. Ce noyau se refroidit alors et devient la naine blanche que nous observons aujourd'hui." Selon leurs calculs, le binaire primordial s'est formé il y a environ 3 milliards d'années et la phase d'enveloppe commune s'est produite relativement récemment, il y a environ 50 millions d'années.
Alors que se passera-t-il dans le futur ? L'équipe pense que l'émission d'ondes gravitationnelles épuisera l'énergie orbitale du binaire de sorte que dans environ 250 millions d'années (ou moins), la séparation entre la naine blanche et la naine brune sera si petite que la naine brune commencera à être cannibalisée par sa voisine naine blanche. Quand cela arrive, le binaire présentera toutes les caractéristiques d'une variable cataclysmique (CV) telle qu'une courbe de lumière vacillante due à l'accrétion d'un disque qui entoure la naine blanche. Pour cette raison, l'équipe pense que le système WD1202 peut à juste titre être qualifié de période pré-CV la plus courte découverte à ce jour.
Cette recherche a été soumise au Avis mensuels de la Royal Astronomical Society comme un article intitulé "WD 1202-024:The Shortest-Period Pre-Cataclysmic Variable".
WD1202-024 a été découvert indépendamment par un groupe comprenant Steven Parsons (U. Sheffield). Par accord mutuel, les deux documents de découverte ont été soumis simultanément au Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (preprint :arxiv.org/abs/1705.05856) en mai 2017. Leurs conclusions concernant les propriétés du WD1202 sont similaires à celles présentées dans cet article.
