Dans la mythologie, le Titan Kronos a dévoré ses enfants, dont Poséidon (mieux connue sous le nom de planète Neptune), Hadès (Pluton) et trois filles.

Ainsi, lorsqu'un groupe d'astronomes de Princeton a découvert des étoiles jumelles, dont l'un a montré des signes d'avoir ingéré une douzaine ou plus de planètes rocheuses, ils les ont nommés d'après Kronos et son frère moins connu Krios. Leurs désignations officielles sont HD 240430 et HD 240429, et ils sont tous les deux à environ 350 années-lumière de la Terre.

Les clés de la découverte ont d'abord confirmé que la paire largement séparée est en fait une paire binaire, et deuxièmement en observant le modèle d'abondance chimique étonnamment inhabituel de Kronos, a expliqué Semyeong Oh, un étudiant diplômé en sciences astrophysiques qui est l'auteur principal d'un nouvel article décrivant Kronos et Krios. Oh travaille avec David Spergel, le Charles A. Young professeur d'astronomie sur la classe de 1897 Foundation et directeur du Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics.

D'autres paires d'étoiles en mouvement ont des chimies différentes, Oh expliqué, mais aucun n'est aussi dramatique que Kronos et Krios.

La plupart des étoiles aussi riches en métaux que Kronos "ont tous les autres éléments améliorés à un niveau similaire, " elle a dit, "alors que Kronos a supprimé les éléments volatils, ce qui le rend vraiment étrange dans le contexte général des schémas d'abondance stellaire."

En d'autres termes, Kronos avait un niveau inhabituellement élevé de minéraux rocheux, dont le magnésium, aluminium, silicium, fer à repasser, chrome et yttrium, sans un niveau tout aussi élevé de composés volatils - ceux qui se trouvent le plus souvent sous forme de gaz, comme l'oxygène, carbone, l'azote et le potassium.

Kronos est déjà en dehors de la norme galactique, a dit Oh, et en plus, "parce qu'il a un compagnon stellaire auquel le comparer, cela renforce un peu l'affaire."

Kronos et Krios sont suffisamment éloignés l'un de l'autre pour que certains astronomes se demandent si les deux étaient en fait une paire binaire. Les deux ont environ 4 milliards d'années, et comme les nôtres, soleil un peu plus vieux, les deux sont des étoiles jaunes de type G. Ils tournent rarement l'un autour de l'autre, de l'ordre de tous les 10, 000 ans environ. Un ancien chercheur, Jean-Louis Halbwachs de l'Observatoire Astronomique de Strasbourg, les avait identifiés comme co-moving - se déplaçant ensemble - dans son enquête de 1986, mais Oh les a identifiés de manière indépendante comme co-mobiles sur la base d'informations astrométriques bidimensionnelles de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne.

Au cours d'une discussion de recherche en groupe au Flatiron Institute, un collègue a suggéré de mettre en commun leurs ensembles de données. John Brewer, un chercheur postdoctoral de l'Université de Yale en visite à l'Université de Columbia, avait utilisé les données de l'observatoire Keck sur le Mauna Kea, Hawaii, pour calculer les chimies spectrographiques et les vitesses radiales des étoiles.

"John a suggéré que nous devrions peut-être croiser mon catalogue de co-déménagement avec son catalogue d'abondance de produits chimiques, car c'est intéressant de se demander s'ils ont les mêmes compositions, " Oh dit.

Les étoiles binaires doivent avoir des vitesses radiales correspondantes, mais cette information n'était pas disponible dans l'ensemble de données Gaia, ainsi voir leurs vitesses correspondantes dans les données de Brewer a soutenu la théorie selon laquelle Kronos et Krios, à deux années-lumière de distance, étaient un ensemble binaire.

Ensuite, les chercheurs ont remarqué les différences chimiques extrêmes entre eux.

"Je suis très facilement excitable, donc dès qu'ils avaient les mêmes vitesses radiales et une chimie différente, mon esprit a déjà commencé à courir, " dit Adrian Price-Whelan, un Spitzer Lyman, Jr. Boursier postdoctoral en sciences astrophysiques et co-auteur de l'article.

Oh a pris plus convaincant, les deux scientifiques ont rappelé. "Semyeong est prudent et sceptique, " dit Price-Whelan, sa première étape a donc été de revérifier toutes les données. Une fois l'erreur simple écartée, ils ont commencé à entretenir diverses théories. Peut-être que Kronos et Krios avaient accrété leurs disques planétaires à différents moments de la formation stellaire. Celui-là ne peut pas être testé, dit Price-Whelan, mais cela semble peu probable.

Peut-être qu'ils n'ont commencé à déménager ensemble que plus récemment, après avoir échangé des partenaires avec une autre paire d'étoiles binaires, un processus connu sous le nom d'échange binaire. Oh a exclu cela avec "un simple calcul, " dit-elle. " Elle est très modeste, " a noté Price-Whelan.

Le scepticisme d'Oh a finalement été surmonté lorsqu'elle a tracé le schéma d'abondance chimique en fonction de la température de condensation, les températures auxquelles les volatiles se condensent en solides. Les températures de condensation jouent un rôle clé dans la formation planétaire, car les planètes rocheuses ont tendance à se former là où il fait chaud, plus près d'une étoile, tandis que les géantes gazeuses se forment plus facilement dans les régions plus froides loin de leur étoile.

Elle a immédiatement observé que tous les minéraux qui se solidifiaient en dessous de 1200 Kelvin étaient ceux dans lesquels Kronos était faible, tandis que tous les minéraux qui se solidifient à des températures plus chaudes étaient abondants.

"D'autres processus qui modifient l'abondance des éléments de manière générique dans toute la galaxie ne vous donnent pas une tendance comme celle-là, " a déclaré Price-Whelan. " Ils amélioreraient sélectivement certains éléments, et cela semblerait aléatoire si vous l'avez tracé en fonction des températures de condensation. Le fait qu'il y ait une tendance là-bas fait allusion à quelque chose lié à la formation des planètes plutôt qu'à l'évolution chimique galactique."

C'était son "Aha!" moment, Oh dit. "Tous les éléments qui composeraient une planète rocheuse sont exactement les éléments qui sont améliorés sur Kronos, et les éléments volatils ne sont pas renforcés, donc cela fournit un argument solide pour un scénario d'engloutissement de la planète, au lieu d'autre chose."

Oh et ses collègues ont calculé que pour obtenir autant de minéraux rocheux sans beaucoup de substances volatiles, il faudrait engloutir environ 15 planètes de la masse terrestre.

Manger une géante gazeuse ne donnerait pas le même résultat, Price-Whelan a expliqué. Jupiter, par exemple, a un noyau rocheux interne qui pourrait facilement avoir 15 masses terrestres de matériaux rocheux, mais "si vous deviez prendre Jupiter et le jeter dans une étoile, Jupiter a aussi cette énorme enveloppe gazeuse, donc vous amélioreriez également le carbone, l'azote - les volatiles mentionnés par Semyeong, " dit-il. " Pour le retourner, vous devez ajouter un tas de planètes plus petites."

Alors qu'aucune étoile connue n'a 15 planètes de la taille de la Terre en orbite autour d'elle, le télescope spatial Kepler a détecté de nombreux systèmes multiplanétaires, dit Jessie Christiansen, astronome au NASA Exoplanet Science Institute du California Institute of Technology, qui n'a pas participé à la recherche. "Je ne vois aucun problème à ce qu'il y ait plus de 15 masses terrestres de matière accrétable autour d'une étoile de type solaire." Elle montra Kepler-11, qui a plus de 22 masses terrestres de matière dans six planètes avec des orbites proches, ou HD 219134, qui a au moins 15 masses terrestres de matériaux dans ses quatre planètes intérieures.

"À l'heure actuelle, nous sommes encore au stade de reconstituer différentes observations pour déterminer comment et quand se forment les exoplanètes, " a déclaré Christiansen. " Il est difficile d'observer directement la formation des planètes autour des jeunes étoiles - elles sont généralement enveloppées de poussière, et les étoiles elles-mêmes sont très actives, ce qui rend difficile de démêler les signaux des planètes. Nous devons donc déduire ce que nous pouvons des informations limitées dont nous disposons. S'il est confirmé, cette nouvelle fenêtre sur les masses et les compositions du matériau dans les premiers stades des systèmes planétaires peut fournir des contraintes cruciales pour les théories de la formation des planètes."

La recherche a également des implications pour les modèles de formation stellaire, a noté Price-Whelan.

« L'une des hypothèses courantes – bien motivé, mais c'est une supposition - qui est omniprésente dans l'astronomie galactique en ce moment, c'est que les étoiles naissent avec des abondances [chimiques], et ils gardent alors ces abondances, " dit-il. " C'est une indication que, au moins dans certains cas, c'est catastrophiquement faux."