Depuis près d'un siècle, les astronomes se sont étonnés de la curieuse variabilité des jeunes étoiles résidant dans la constellation du Taureau-Auriga à quelque 450 années-lumière de la Terre. Une étoile en particulier a attiré l'attention des astronomes. Toutes les quelques décennies, la lumière de l'étoile s'est éteinte brièvement avant de s'éclaircir à nouveau.

Dans les années récentes, les astronomes ont observé la gradation de l'étoile plus fréquemment, et pour des périodes plus longues, soulevant la question :Qu'est-ce qui obscurcit à plusieurs reprises l'étoile ? La réponse, les astronomes croient, pourrait faire la lumière sur certains des processus chaotiques qui ont lieu au début du développement d'une étoile.

Maintenant, des physiciens du MIT et d'ailleurs ont observé l'étoile, nommé RW Aur A, en utilisant l'observatoire Chandra X-Ray de la NASA. Ils ont trouvé des preuves de ce qui a pu causer son plus récent événement d'atténuation :une collision de deux corps planétaires infantiles, qui a produit dans son sillage un nuage dense de gaz et de poussière. Alors que ces débris planétaires tombaient dans l'étoile, il a généré un voile épais, obscurcissant temporairement la lumière de l'étoile.

"Les simulations informatiques prédisent depuis longtemps que les planètes peuvent tomber dans une jeune étoile, mais nous n'avons jamais observé cela auparavant, " dit Hans Moritz Guenther, chercheur à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT, qui a dirigé l'étude. "Si notre interprétation des données est correcte, ce serait la première fois que nous observons directement une jeune étoile dévorant une planète ou des planètes."

Les précédents événements de gradation de la star peuvent avoir été causés par des fracas similaires, de deux corps planétaires ou de grands restes de collisions passées qui se sont rencontrés de front et se sont à nouveau séparés.

"C'est de la spéculation, mais si vous avez une collision de deux pièces, il est probable qu'ils soient ensuite sur des orbites malveillantes, ce qui augmente la probabilité qu'ils heurtent à nouveau quelque chose d'autre, " dit Günther.

Guenther est l'auteur principal d'un article détaillant les résultats du groupe, qui apparaît aujourd'hui dans le Journal astronomique . Ses co-auteurs du MIT incluent David Huenemoerder et David Principe, ainsi que des chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et des collaborateurs en Allemagne et en Belgique.

Une couverture de star

Les scientifiques qui étudient le développement précoce des étoiles se tournent souvent vers les nuages ​​​​noirs Taurus-Auriga, un rassemblement de nuages ​​moléculaires dans les constellations du Taureau et de l'Auriga, qui hébergent des pépinières stellaires contenant des milliers d'étoiles infantiles. Les jeunes étoiles se forment à partir de l'effondrement gravitationnel de gaz et de poussière dans ces nuages. De très jeunes stars, contrairement à notre soleil relativement mature, sont encore entourés d'un disque de débris en rotation, y compris le gaz, poussière, et des amas de matériaux dont la taille va des petits grains de poussière aux cailloux, et peut-être aux planètes naissantes.

"Si vous regardez notre système solaire, nous avons des planètes et non un disque massif autour du soleil, " Dit Guenther. " Ces disques durent peut-être 5 à 10 millions d'années, et en Taureau, il y a beaucoup d'étoiles qui ont déjà perdu leur disque, mais quelques-uns les ont encore. Si vous voulez savoir ce qui se passe dans les étapes finales de cette dispersion de disque, Le Taureau est l'un des endroits à regarder."

Guenther et ses collègues se concentrent sur les étoiles suffisamment jeunes pour héberger encore des disques. Il s'intéressait particulièrement à RW Aur A, qui est à l'extrémité la plus âgée de la tranche d'âge pour les jeunes étoiles, car il est estimé à plusieurs millions d'années. RW Aur A fait partie d'un système binaire, signifiant qu'il encercle une autre jeune étoile, RW Aur B. Ces deux étoiles ont à peu près la même masse que le soleil.

Depuis 1937, les astronomes ont enregistré des baisses notables de la luminosité de RW Aur A toutes les quelques décennies. Chaque événement de gradation semblait durer environ un mois. En 2011, l'étoile s'est à nouveau éteinte, cette fois pendant environ six mois. L'étoile finit par s'éclaircir, pour s'estomper à nouveau à la mi-2014. En novembre 2016, l'étoile a retrouvé sa pleine luminosité.

Les astronomes ont proposé que cette atténuation soit causée par un flux de gaz passant sur le bord extérieur du disque de l'étoile. D'autres encore ont émis l'hypothèse que la gradation est due à des processus se produisant plus près du centre de l'étoile.

"Nous voulions étudier le matériau qui recouvre l'étoile, qui est vraisemblablement lié au disque d'une manière ou d'une autre, " Dit Guenther. "C'est une opportunité rare."

Une signature à toute épreuve

En janvier 2017, RW Aur A s'est à nouveau estompé, et l'équipe a utilisé l'observatoire Chandra X-Ray de la NASA pour enregistrer les émissions de rayons X de l'étoile.

"Les rayons X viennent de l'étoile, et le spectre des rayons X change au fur et à mesure que les rayons se déplacent à travers le gaz dans le disque, " Dit Guenther. "Nous recherchons certaines signatures dans les rayons X que le gaz laisse dans le spectre des rayons X."

Au total, Chandra a enregistré 50 kilosecondes, soit près de 14 heures de données radiographiques de l'étoile. Après avoir analysé ces données, les chercheurs sont repartis avec plusieurs révélations surprenantes :le disque de l'étoile héberge une grande quantité de matière; l'étoile est beaucoup plus chaude que prévu; et le disque contient beaucoup plus de fer que prévu - pas autant de fer que sur Terre, mais plus que, dire, une lune typique de notre système solaire. (Notre propre lune, cependant, contient beaucoup plus de fer que ce que les scientifiques ont estimé dans le disque de l'étoile.)

Ce dernier point était le plus intrigant pour l'équipe. Typiquement, un spectre de rayons X d'une étoile peut montrer divers éléments, comme l'oxygène, fer à repasser, silicium, et magnésium, et la quantité de chaque élément présent dépend de la température dans le disque d'une étoile.

"Ici, on voit beaucoup plus de fer, au moins un facteur 10 fois plus qu'avant, ce qui est très inhabituel, car généralement les étoiles actives et chaudes ont moins de fer que les autres, alors que celui-ci a plus, " Dit Guenther. " D'où vient tout ce fer ? "

Les chercheurs pensent que cet excès de fer peut provenir de l'une des deux sources possibles. Le premier est un phénomène connu sous le nom de piège à poussière, dans lequel de petits grains ou particules tels que le fer peuvent être piégés dans les "zones mortes" d'un disque. Si la structure du disque change soudainement, comme lorsque l'étoile partenaire de la star passe à proximité, les forces de marée résultantes peuvent libérer les particules piégées, créant un excès de fer qui peut tomber dans l'étoile.

La deuxième théorie est pour Guenther la plus convaincante. Dans ce scénario, un excès de fer est créé lorsque deux planétésimaux, ou corps planétaires infantiles, entrer en collision, libérant un épais nuage de particules. Si l'une ou les deux planètes sont constituées en partie de fer, leur écrasement pourrait libérer une grande quantité de fer dans le disque de l'étoile et obscurcir temporairement sa lumière lorsque le matériau tombe dans l'étoile.

"Il y a beaucoup de processus qui se produisent chez les jeunes étoiles, mais ces deux scénarios pourraient éventuellement faire quelque chose qui ressemble à ce que nous avons observé, " dit Günther.

Il espère faire plus d'observations de l'étoile à l'avenir, pour voir si la quantité de fer entourant l'étoile a changé, une mesure qui pourrait aider les chercheurs à déterminer la taille de la source de fer. Par exemple, si la même quantité de fer apparaît dans, dire, une année, qui peut signaler que le fer provient d'une source relativement massive, comme une grande collision planétaire, contre s'il reste très peu de fer dans le disque.

"Beaucoup d'efforts sont actuellement consacrés à l'apprentissage des exoplanètes et de leur formation, il est donc évidemment très important de voir comment les jeunes planètes pourraient être détruites dans les interactions avec leurs étoiles hôtes et d'autres jeunes planètes, et quels facteurs déterminent s'ils survivent, " dit Günther.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.