La plupart des étoiles de l’espace lointain existent en ensembles, souvent après que la plus énorme a terminé son cycle de vie et est devenue une naine blanche. Cette évolution change la danse entre les deux, du moins s’ils étaient assez près de commencer, car le puissant champ gravitationnel du nain attire les couches externes de l’étoile de la séquence primaire, ce qui fait que les deux orbitent de mieux en mieux.
Lorsque suffisamment de matériel est transféré dans cette méthode, l’ensemble finit par être une variable cataclysmique (CV). Le nom ne vient pas d’un prochain Armageddon, mais des courts éclairs de lumière que ces étoiles lancent lorsqu’une quantité suffisante d’hydrogène est attirée sur la naine blanche pour libérer le mélange nucléaire. Les astronomes qui ont initialement observé ces événements n’en comprenaient pas la cause, mais ont conclu que quelque chose d’énorme devait en être responsable. Ce genre de choses explique la plupart des novae – des étoiles appelées nouvelles en raison du fait qu’elles s’éclaircissent soudainement suffisamment pour devenir visibles.
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Le système ZTF J1813 4251 récemment découvert, rapporté dans Nature, a une période orbitale de seulement 51 minutes, le temps le plus rapide jamais observé pour ce mélange de types d’étoiles en orbite autour. Cela seul intéresserait les astronomes, mais ZTF J1813 4251 est très important pour une autre raison : la paire s’éclipse vue de la Terre, permettant aux observateurs de déterminer leurs propriétés résidentielles ou commerciales avec des détails inhabituels.
Les astronomes ont en fait précédemment prédit qu’un changement doit se produire lorsque les CV se rapprochent les uns des autres, atteignant le point où la naine blanche a accrété, ou attrapé, tout l’hydrogène de son copain et puise maintenant de l’hélium.
Accrétion d’hélium Des CV ont en fait été repérés et les astronomes soupçonnent qu’ils se sont développés à partir de CV plus conventionnels, mais étant donné que le processus aurait eu lieu des dizaines ou des centaines de millions d’années plus tôt, cela n’a en fait pas été officiel.
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« C’est un cas rare où nous avons été pris parmi ces systèmes en train de passer de l’hydrogène à l’accrétion d’hélium », a déclaré le Dr Kevin Burdge du MIT dans un déclaration. » Les individus ont anticipé que ces choses devaient passer à des orbites ultracourtes, et on s’est disputé pendant longtemps s’ils pouvaient devenir suffisamment courts pour émettre des ondes gravitationnelles détectables. Cette découverte met fin à cela. »
Burdge et Les co-auteurs ont trouvé ZTF J1813 4251 en analysant des études du ciel couvrant plus de 1,2 milliard d’étoiles et en recherchant celles qui s’éclairaient et s’assombrissaient sur des échelles de temps extrêmement courtes. L’éclaircissement ne vient pas d’explosions combinées sur la naine blanche – celles-ci sont beaucoup plus rares et moins régulières – mais de la procédure d’éclipse où une étoile éteint la lumière de l’autre.
Confiant seulement à une paire binaire, et très probablement un CV, révélerait un cycle comme celui-ci, Burdge et ses co-auteurs ont eu le temps sur deux des formidables télescopes du monde pour observer le cycle de la lumière en détail. Ils ont conclu que le système se trouve à environ 3 000 années-lumière et que nous pouvons le voir assez clairement pour déterminer à la fois la masse et le rayon de chaque composant.
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La naine blanche a environ la moitié de la masse du Soleil, mais dans la nature de ces étoiles brûlées, elle est beaucoup plus petite. Son compagnon a environ 0,12 masse solaire et est comparable en taille à Jupiter.
Une étoile semblable au soleil qui était encore principalement de l’hydrogène ne pouvait pas avoir une orbite aussi brève : Burdge a déclaré que rien de moins d’environ huit heures serait impossible. Cependant, ayant perdu la majeure partie de son hydrogène au profit de la naine blanche, l’étoile de ZTF J1813 4251 a en fait été abaissée presque jusqu’à son noyau d’hélium, dont la densité plus élevée permet des orbites beaucoup plus courtes.
Prévoyant vers l’avant, les auteurs anticiper ZTF J1813 4251 atteindra une orbite de seulement 18 minutes quelque 75 millions d’années dans le futur lorsque le système sera entièrement accrété d’hélium. Remarquablement, les étoiles ne s’affronteront pas alors, mais s’éloigneront progressivement et l’étoile donatrice se refroidira.
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Les auteurs s’attendent à être en mesure d’identifier le raccourcissement de l’orbite d’ici un an et d’identifier les ondes gravitationnelles du système utilisant les instruments à venir. Cela permettra aux astronomes d’évaluer les prédictions d’Einstein du ralentissement produit par une onde gravitationnelle d’une taille particulière.
Plus de 1 000 CV sont compris, seulement 12 ont des orbites inférieures à 75 minutes. ZTF J1813 4251 n’est pas seulement un recordman, mais il n’a pas non plus beaucoup d’homologues proches qui pourraient être utilisés pour des observations similaires.
« C’est un système unique », a déclaré Burdge. « Nous avons eu deux fois plus de chance de découvrir un système qui répond à une énorme préoccupation ouverte, et qui est l’une des variables cataclysmiques les plus parfaitement agissantes connues. »
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L’article est publié dans Nature.
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