Dans la constellation du Cygne, une star âgée et son énorme compagnon font un dernier hourra, projetant de la masse à une vitesse incroyable avant d'exploser en supernovae et de s'effondrer dans un trou noir.

Maintenant, des chercheurs, dont la récente diplômée de l'Université aéronautique Embry-Riddle, Laura M. Lee, ont cartographié l'orbite de l'étoile âgée autour de son partenaire surdimensionné et tout aussi ancien. Dans une première scientifique, ils ont également déterminé la masse dynamique des deux étoiles qui composent un système binaire appelé Wolf-Rayet 133.

Les conclusions de l'équipe, publié le 9 février 2021 d'ici Lettres de revues astrophysiques , marque la toute première orbite observée visuellement d'un type d'étoile rare appelé étoile Wolf-Rayet (WN) riche en azote. La star de WN en question est la moitié du duo de danse étoilé dans le binaire WR 133.

La star du WN pirouette autour de son étoile partenaire, une supergéante O9, tous les 112,8 jours - une orbite relativement brève, indiquant que les deux étoiles sont proches l'une de l'autre, les chercheurs ont rapporté. L'étoile WN a 9,3 fois plus de masse que notre Soleil, tandis que la supergéante O9 est 22,6 fois plus massive, l'équipe a trouvé.

Imaginer l'univers primitif

La recherche ouvre une nouvelle fenêtre sur le passé lointain où les étoiles et les planètes commençaient à se former.

étoiles de type Wolf-Rayet, ainsi nommé pour les astronomes qui les ont découverts en 1867, sont des étoiles massives en fin de vie, a déclaré le mentor du corps professoral de Lee, le Dr Noel Richardson, professeur assistant de physique et d'astronomie à Embry-Riddle. Ils sont très chauds, un million de fois plus lumineux que le Soleil, et les vents stellaires ont arraché leurs enveloppes d'hydrogène. Cela a rendu difficile la mesure de leur masse - une étape essentielle vers la modélisation de l'évolution des étoiles - jusqu'à présent.

Parce que la paire d'étoiles dans le binaire WR 133 est étroitement couplée, ils ont probablement échangé de la masse, Richardson a noté. « Dans l'univers primitif, nous pensons que la plupart des étoiles étaient très, très massif et ils ont probablement explosé tôt, " il a dit.

"Lorsque ces types d'étoiles binaires sont suffisamment proches, ils peuvent se transférer de la masse, peut-être en soulevant la poussière de l'espace, qui est nécessaire à la formation des étoiles et des planètes. S'ils ne sont pas assez proches pour transférer la masse, ils fouettent toujours un vent énorme qui projette de la matière dans le cosmos, et qui peut aussi permettre la formation d'étoiles et de planètes. C'est pourquoi nous voulons en savoir plus sur ce type d'étoile rare."

Lee était encore étudiante à Embry-Riddle lorsque Richardson l'a invitée à aider à résoudre une énigme d'astronomie intrigante, dans le cadre de son projet de synthèse senior. Richardson avait analysé les données du CHARA Array, une collection de six télescopes positionnés sur le mont Wilson en Californie. Le tableau, exploité par le Centre d'astronomie à haute résolution angulaire de l'Université d'État de Géorgie, pourrait extraire des détails célestes plus petits que la taille angulaire d'un centime à New York à partir des télescopes près de Los Angeles, Californie.

La tâche spécifique de Lee était de donner un sens à environ 100 spectres, des graphiques de type code-barres qui révèlent la quantité de lumière émise par une étoile. Pour mieux comprendre les spectres du WR 133, fourni par Grant M. Hill de l'observatoire Keck à Hawaï, Lee a utilisé un code informatique qui a permis à l'équipe de mesurer comment les deux étoiles se déplaçaient. "Ces mesures sont une étape nécessaire car elles nous disent comment les étoiles se déplacent d'avant en arrière, tandis que les mesures de CHARA nous ont dit comment ils se déplacent dans le ciel, " a expliqué Richardson. " La combinaison nous donne la possibilité de voir une orbite en trois dimensions, qui nous dit alors les masses."

À l'époque, Lee était concentrée sur le laser pour obtenir son diplôme Embry-Riddle. "Je n'avais pas vraiment réalisé à quel point nous avions un impact important dans ce domaine, " dit Lee, un membre du Sigma Pi Sigma physique honore la société qui détient maintenant un diplôme en astronomie avec une mineure en mathématiques. "C'était assez excitant de faire partie du projet, surtout en tant qu'étudiant de premier cycle."

"Un marbre bleu dans l'espace"

À l'Observatoire et planétarium d'Armagh en Irlande du Nord, l'une des nombreuses institutions impliquées dans le projet, Andreas A.C. Sander a déclaré que les résultats de l'équipe étaient quelque peu surprenants et inciteraient les chercheurs à repenser les hypothèses clés. "Les résultats sont très intéressants car ils donnent une masse inférieure à celle attendue pour une telle étoile, " a noté Sander.

« Bien que cela puisse sembler un détail, cela changera notre perception des trous noirs résultant de l'effondrement des étoiles Wolf-Rayet, un ingrédient crucial dans le contexte astrophysique des événements d'ondes gravitationnelles."

Gail Schaefer du CHARA Array a noté que les observations de Richardson à l'aide des télescopes de la Georgia State University (GSU) sur le mont Wilson - rendues possibles grâce à un programme d'accès ouvert à l'installation - " contribueront à améliorer notre compréhension de l'impact des interactions binaires sur l'évolution de ces étoiles massives."

L'astronome Jason Aufdenberg d'Embry-Riddle, qui a également utilisé le CHARA Array, a dit que "le genre de travail que fait Noel, établir des orbites, est très important parce qu'ils peuvent obtenir les masses de ces choses. Connaissant ces étoiles très chaudes, combien il y en avait et leurs luminosités font partie de la compréhension de ce qui s'est passé dans notre univers après le Big Bang."

Maintenant au début de sa carrière, Lee a dit qu'elle espère continuer à apprendre et à être émerveillée par notre univers. "Nous sommes sur une bille bleue flottant dans l'espace, " dit-elle. " Il est important d'en savoir plus sur les complexités de l'univers qui nous entoure. Les humains sont nés pour apprendre. Toute connaissance que nous pouvons acquérir est un cadeau."