On estime que jusqu’à 85 % des étoiles existent dans des systèmes stellaires binaires, certaines même dans des systèmes comportant trois étoiles ou plus. Ces paires d'étoiles sont nées ensemble du même nuage moléculaire à partir d'une abondance partagée de composants chimiques, les astronomes s'attendraient donc à découvrir qu'elles ont des compositions et des systèmes planétaires presque identiques.

Cependant, pour de nombreux binaires, ce n'est pas le cas. Alors que certaines explications proposées attribuent ces dissemblances à des événements survenus après l'évolution des étoiles, une équipe d'astronomes a confirmé pour la première fois qu'elles peuvent en réalité provenir d'avant même que les étoiles ne commencent à se former.

Dirigée par Carlos Saffe de l'Institut des sciences astronomiques, de la Terre et de l'espace (ICATE-CONICET) en Argentine, l'équipe a utilisé le télescope Gemini Sud au Chili, la moitié de l'Observatoire international Gemini.

Avec le nouveau spectrographe optique haute résolution Gemini (GHOST) précis, l'équipe a étudié les différentes longueurs d'onde de lumière, ou spectres, émises par une paire d'étoiles géantes, qui ont révélé des différences significatives dans leur composition chimique.

"Les spectres de très haute qualité de GHOST offraient une résolution sans précédent", a déclaré Saffe, "nous permettant de mesurer les paramètres stellaires et les abondances chimiques des étoiles avec la plus haute précision possible." Ces mesures ont révélé qu’une étoile présentait une plus grande abondance d’éléments lourds que l’autre. Pour démêler l'origine de cet écart, l'équipe a utilisé une approche unique.

Des études antérieures ont proposé trois explications possibles aux différences chimiques observées entre les étoiles binaires. Deux d'entre eux impliquent des processus qui se produiraient bien au cours de l'évolution des étoiles :la diffusion atomique, ou la sédimentation d'éléments chimiques dans des couches de gradient en fonction de la température et de la gravité de la surface de chaque étoile, et l'engloutissement d'une petite planète rocheuse, qui introduirait des substances chimiques. variations dans la composition d'une étoile.

La troisième explication possible remonte au début de la formation des étoiles, suggérant que les différences proviennent de zones de non-uniformité primordiales ou préexistantes au sein du nuage moléculaire. En termes plus simples, si le nuage moléculaire a une répartition inégale des éléments chimiques, alors les étoiles nées dans ce nuage auront des compositions différentes en fonction des éléments disponibles à l'endroit où chacune s'est formée.

Jusqu’à présent, les études ont conclu que les trois explications sont probables ; cependant, ces études se sont concentrées uniquement sur les binaires de séquence principale. La « séquence principale » est l'étape où une étoile passe la majeure partie de son existence, et la majorité des étoiles de l'univers sont des étoiles de la séquence principale, y compris notre Soleil.

Au lieu de cela, Saffe et son équipe ont observé une binaire composée de deux étoiles géantes. Ces étoiles possèdent des couches externes ou zones convectives extrêmement profondes et fortement turbulentes. Grâce aux propriétés de ces épaisses zones convectives, l'équipe a pu exclure deux des trois explications possibles.

Le tourbillon continu du fluide dans la zone convective rendrait difficile la sédimentation du matériau en couches, ce qui signifierait que les étoiles géantes seraient moins sensibles aux effets de la diffusion atomique, ce qui exclurait la première explication. L'épaisse couche externe signifie également qu'un engloutissement planétaire ne modifierait pas beaucoup la composition d'une étoile puisque la matière ingérée serait rapidement diluée, ce qui exclut la deuxième explication.

Cela laisse les inhomogénéités primordiales au sein du nuage moléculaire comme explication confirmée. "C'est la première fois que les astronomes sont capables de confirmer que les différences entre les étoiles binaires commencent dès les premiers stades de leur formation", a déclaré Saffe.

"Grâce aux capacités de mesure de précision fournies par l'instrument GHOST, Gemini South collecte désormais des observations d'étoiles en fin de vie pour révéler l'environnement dans lequel elles sont nées", a déclaré Martin Still, directeur du programme NSF pour l'Observatoire international Gemini. . "Cela nous donne la possibilité d'explorer comment les conditions dans lesquelles les étoiles se forment peuvent influencer toute leur existence sur des millions ou des milliards d'années."

Trois conséquences de cette étude sont particulièrement importantes. Premièrement, ces résultats expliquent pourquoi les astronomes voient des étoiles binaires avec des systèmes planétaires si différents. "Différents systèmes planétaires pourraient signifier des planètes très différentes – rocheuses, semblables à la Terre, géantes de glace, géantes gazeuses – qui orbitent autour de leurs étoiles hôtes à différentes distances et où le potentiel de soutien à la vie pourrait être très différent", a déclaré Saffe.

Deuxièmement, ces résultats posent un défi crucial au concept de marquage chimique - utilisant la composition chimique pour identifier les étoiles provenant du même environnement ou de la même pépinière stellaire - en montrant que les étoiles avec des compositions chimiques différentes peuvent toujours avoir la même origine.

Enfin, les différences observées précédemment attribuées aux impacts planétaires sur la surface d'une étoile devront être revues, car elles pourraient désormais être considérées comme étant présentes depuis le tout début de la vie de l'étoile.

"En montrant pour la première fois que des différences primordiales sont réellement présentes et responsables des différences entre les étoiles jumelles, nous montrons que la formation des étoiles et des planètes pourrait être plus complexe qu'on ne le pensait initialement", a déclaré Saffe. "L'univers aime la diversité."

L'étude est publiée dans la revue Astronomy &Astrophysics .