Les dernières données sur les étoiles de l'observatoire spatial Gaia ont pour la première fois permis aux astronomes de générer un atlas 3D massif d'étoiles binaires largement séparées dans environ 3, 000 années-lumière de la Terre, dont 1,3 million.

L'atlas unique en son genre, créé par Kareem El-Badry, un doctorat en astrophysique. étudiant de l'Université de Californie, Berkeley, devrait être une aubaine pour ceux qui étudient les étoiles binaires - qui constituent au moins la moitié de toutes les étoiles solaires - et les naines blanches, exoplanètes et évolution stellaire, en général. Avant Gaïa, la dernière compilation d'étoiles binaires proches, assemblés à partir des données du désormais défunt satellite Hipparcos, inclus environ 200 paires probables.

« Ceci est juste une augmentation massive de la taille de l'échantillon, " a déclaré El-Badry. " Et c'est une augmentation des types de phases évolutives dans lesquelles nous trouvons les binaires. Dans notre échantillon, nous en avons 17, 000 naines blanches seules. C'est un recensement beaucoup plus important."

Les naines blanches sont les étapes finales de la plupart des étoiles; le soleil deviendra probablement une naine blanche compacte dans 5 milliards d'années. L'atlas d'El-Badry comprend 1, 400 systèmes qui se composent de deux naines blanches et 16, 000 binaires qui se composent d'une naine blanche et d'un autre type d'étoile

La grande majorité des 2,6 millions d'étoiles individuelles sont encore dans la force de l'âge, toutefois. Les astronomes les appellent étoiles de la séquence principale, car ils se regroupent le long d'une ligne lorsqu'ils sont tracés sur un graphique montrant la température en fonction de la luminosité.

Avec une si grande taille d'échantillon, El-Badry a dit, il est possible de faire la démographie de la population de ces jumeaux stellaires, poser des questions telles que :Quelle est la distribution des rapports de masse des deux étoiles dans tous ces systèmes binaires ? Comment se répartissent leurs séparations ou excentricités ?

El-Badry prévoit de se concentrer à l'avenir sur les binaires naines blanches, parce que les naines blanches peuvent se voir attribuer un âge plus précisément que ce qui est possible avec les étoiles ordinaires. Les étoiles de la séquence principale comme le soleil peuvent se ressembler pendant des milliards, voire des dizaines de milliards, d'années, tandis que les naines blanches changent - d'une part, ils se refroidissent à une vitesse bien définie. Et puisque les paires binaires naissent en même temps, l'âge de la naine blanche indique aux astronomes l'âge de son jumeau de la séquence principale, ou de toute planète autour des étoiles.

"Pour une naine blanche, en général, il est facile de dire quel âge il a - pas seulement quel âge depuis qu'il est devenu une naine blanche, mais quel est son âge total, " dit-il. " Vous pouvez aussi mesurer leurs masses, parce que les naines blanches ont une relation masse-rayon bien comprise."

Par exemple, El-Badry et ses collègues ont récemment utilisé les données de Gaia pour estimer l'âge d'une géante gazeuse de la taille de Jupiter découverte par le satellite TESS autour d'une paire de naines blanches-K. Cette exoplanète, TOI-1259Ab, s'est avéré avoir environ 4 milliards d'années, basé sur l'âge de la naine blanche.

« Dans ce catalogue, il y a quelque chose comme 15 systèmes comme celui-ci :étoile plus planète plus naine blanche, " il a dit, "et il y en a quelques centaines d'autres qui sont des étoiles plus des planètes plus une autre étoile. Celles-ci sont également potentiellement intéressantes parce que, dans certains cas, l'autre étoile fera quelque chose de manière dynamique à la planète."

Le nouveau catalogue d'étoiles binaires proches a été accepté pour publication dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

El-Badry a également collaboré avec Jackie Faherty, un scientifique et éducateur au Musée américain d'histoire naturelle de New York, pour créer un survol vidéo de tous les millions d'étoiles binaires autour de la Terre, qui représente une bonne partie de l'ensemble de la Voie Lactée.

Étoiles binaires

Jusqu'à ce que Gaia soit lancé par l'Agence spatiale européenne en 2013 pour mesurer avec précision les distances et les mouvements de millions d'étoiles proches, la seule façon de trouver des binaires était de chercher des étoiles rapprochées dans le ciel. Cela peut être délicat, parce que les étoiles qui semblent très proches de la Terre pourraient être à des centaines voire des milliers d'années-lumière les unes des autres, simplement assis le long de la même ligne de site.

Écarter un alignement aléatoire nécessite beaucoup de temps d'observation pour confirmer que les deux candidats sont réellement à la même distance et se déplacent ensemble. En raison du mouvement de la Terre autour du soleil, les étoiles proches semblent changer de position dans le ciel, et cette parallaxe peut être utilisée pour calculer à quelle distance ils se trouvent. Le mouvement de l'étoile dans le ciel, connu sous le nom de mouvement propre, aide à déterminer sa vitesse.

Gaia effectue cette fastidieuse astrométrie en continu pour toutes les étoiles proches dans le ciel, 24/7, de son orbite au point de Lagrange Terre-Soleil. L'enquête du télescope spatial est la plus utile pour les étoiles dans environ 3, 000 années-lumière de la Terre, cependant, car au delà, la parallaxe est généralement trop petite pour être mesurée.

El-Badry a d'abord recherché des étoiles binaires dans les données de Gaia après la deuxième publication des mesures d'étoiles de la mission en 2018, avec l'aide de collègues Hans-Walter Rix, directeur de l'Institut Max-Planck d'astronomie à Heidelberg, Allemagne, et Tyler Heintz, un étudiant diplômé de l'Université de Boston. Ils ont développé des techniques informatiques pour identifier les étoiles se déplaçant ensemble dans l'espace et à la même distance de la Terre. La technique projette essentiellement le mouvement de chaque étoile sur des milliers d'années, sur la base de sa motion appropriée aujourd'hui, et retire les étoiles qui se déplacent dans la même direction. S'ils s'avèrent également être à la même distance en fonction de la parallaxe, ils sont probablement liés l'un à l'autre, il a dit.

Lui et ses collègues se concentrent principalement sur les binaires larges - ceux séparés par une distance de 10 UA (unités astronomiques) ou plus - c'est-à-dire, 10 fois ou plus la distance entre la Terre et le soleil (93 millions de miles). Les étoiles plus proches que cela apparaissent généralement comme un point de lumière et nécessitent d'autres techniques spectroscopiques pour distinguer si elles sont de véritables binaires.