Une paire d'études de l'Université du Michigan révèle comment certaines étoiles massives – des étoiles huit fois ou plus la masse de notre soleil – deviennent isolées dans l'univers :le plus souvent, leurs amas d'étoiles les expulsent.

Les étoiles massives résident généralement dans des amas. Les étoiles massives isolées sont appelées étoiles massives de champ. Les articles publiés par les étudiants de l'UM ont examiné la plupart de ces étoiles dans le Petit Nuage de Magellan, une galaxie naine près de la Voie lactée.

Les études, apparaissant dans le même numéro de Le Journal d'Astrophysique , révéler l'origine de ces étoiles massives de champ, ou devenir si isolé. Comprendre comment les étoiles massives de champ deviennent isolées, qu'elles se forment de manière isolée ou qu'elles soient isolées en étant éjectées d'un amas d'étoiles, aidera les astronomes à sonder les conditions dans lesquelles les étoiles massives se forment. Comprendre cela et la formation des amas est essentiel pour comprendre comment les galaxies évoluent.

"Environ un quart de toutes les étoiles massives semblent être isolées, et c'est notre grande question, " a déclaré Johnny Dorigo Jones, un jeune étudiant de premier cycle. " Comment ils se sont avérés isolés, et comment ils y sont arrivés."

Dorigo Jones montre dans son article que la grande majorité des étoiles massives de champ sont des « fuyards, ' ou des étoiles éjectées des amas. L'étudiante diplômée Irene Vargas-Salazar a recherché des étoiles massives de champ qui pourraient s'être formées dans un isolement relatif en recherchant des preuves de minuscules amas autour d'elles. Cela signifie que ces étoiles relativement isolées auraient pu se former en conjonction avec ces étoiles plus petites. Mais elle a trouvé très peu de ces amas faibles.

"Parce que les étoiles massives nécessitent beaucoup de matière pour se former, il y a généralement beaucoup d'étoiles plus petites autour d'eux, " a déclaré Vargas-Salazar. "Mon projet demande précisément combien de ces étoiles massives de champ auraient pu se former sur le terrain."

Dorigo Jones a examiné comment les étoiles massives de champ sont éjectées des amas. Il examine les deux mécanismes différents qui produisent les emballements :l'éjection dynamique et l'éjection binaire de la supernova. En premier, les étoiles massives sont éjectées de leurs amas - jusqu'à un demi-million de miles par heure - en raison des configurations orbitales instables des groupes stellaires. Dans la seconde, une étoile massive est éjectée lorsqu'une paire binaire a une étoile qui explose et projette son compagnon dans l'espace.

"En ayant les vitesses et les masses de nos étoiles, nous sommes en mesure de comparer les distributions de ces paramètres aux prédictions du modèle pour déterminer les certaines contributions de chacun des mécanismes d'éjection, ", a déclaré Dorigo Jones.

Il a découvert que les éjections dynamiques - les éjections causées par des configurations orbitales instables - étaient environ 2 à 3 fois plus nombreuses que les éjections de supernova. Mais Dorigo Jones a également découvert les premières données d'observation montrant qu'une grande partie du champ d'étoiles massives provenait d'une combinaison d'éjections dynamiques et de supernova.

"Ceux-ci ont été étudiés dans le passé mais nous avons maintenant fixé les premières contraintes d'observation sur le nombre de ces fugues en deux étapes, " La façon dont nous arrivons à cette conclusion est que nous constatons essentiellement que les étoiles qui tracent les éjections de supernova dans notre échantillon sont un peu trop nombreuses et trop rapides par rapport aux prédictions du modèle. Vous pouvez imaginer que cela soit résolu par la réaccélération de ces étoiles lors d'un coup de pied de supernova, ayant d'abord été éjecté dynamiquement."

Les chercheurs ont découvert que potentiellement jusqu'à la moitié des étoiles que l'on pensait d'abord provenir d'éjections de supernova ont d'abord été éjectées dynamiquement.

Les découvertes de Vargas-Salazar soutiennent également l'idée que la plupart des étoiles massives du champ sont des fuyards, mais elle a examiné des conditions opposées :elle a recherché des étoiles massives de champ qui se sont formées dans un isolement relatif dans de minuscules amas d'étoiles plus petites, où se trouve l'étoile cible massive, appelé la "pointe de l'iceberg, ou grappes TIB. Elle l'a fait en utilisant deux algorithmes, « amis d'amis » et « plus proches voisins, " pour rechercher ces amas autour de 310 étoiles massives du champ dans le Petit Nuage de Magellan.

L'algorithme des "amis des amis" mesure la densité numérique d'étoiles en comptant le nombre d'étoiles à une distance spécifique de l'étoile cible, puis en faisant de même pour ces étoiles à leur tour. Plus les étoiles sont serrées, plus il est probable qu'il s'agisse d'un cluster. L'algorithme des "plus proches voisins" mesure la densité en nombre d'étoiles entre l'étoile cible et ses 20 compagnons les plus proches. Plus le groupe est compact et dense, plus ils sont susceptibles d'être des clusters, dit Vargas-Salazar.

À l'aide de tests statistiques, Vargas-Salazar a comparé ces observations avec trois ensembles de données à champ aléatoire et a comparé les étoiles massives en fuite connues aux non-fuites. Elle a découvert que seules quelques-unes des étoiles massives du champ semblaient avoir des amas de TIB autour d'elles, suggérant que très peu se sont réellement formés sur le terrain. Le reste des étoiles de terrain doit avoir pour origine des fuyards.

"À la fin, nous avons montré que 5% ou moins des étoiles avaient des amas TIB. Au lieu, nos résultats impliquent que la majorité des étoiles dans les échantillons de terrain pourraient être des fugueurs, " a déclaré Vargas-Salazar. " Nos découvertes appuient en fait le résultat que Johnny a trouvé, enveloppé dans un joli petit nœud."

Les découvertes de Vargas-Salazar apportent une partie de la réponse à la question de savoir comment se forment les étoiles massives, dit Sally Oey, auteur principal des deux articles et professeur d'astronomie à l'U-M.

"Le travail de Johnny et Irene sont les revers d'une même médaille, " a déclaré Oey. " Les chiffres d'Irene sont cohérents avec ceux de Johnny en ce sens que la grande majorité des étoiles massives du champ sont des fugueurs, mais que quelques-uns ne le sont pas. Il s'agit d'une découverte critique pour comprendre comment les étoiles massives et les amas se forment, et dans quelles conditions."