La supernova Lackluster révèle une rare paire d’étoiles dans la Voie lactée

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Un système stellaire inhabituel a fait plus de bruit et moins de bruit lorsqu’il a explosé en supernova.

La faible explosion, connue sous le nom de supernova « extrêmement abstraite », a détecté les deux étoiles à 11 000 années-lumière de la Terre.

C’est la première détection confirmée d’un système stellaire qui créera un jour des kilonovas – lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision et explosent, lançant de l’or et d’autres éléments lourds dans l’espace. On pense que la paire stellaire rare est l’une des 10 seules dans la Voie lactée.

La découverte est venue depuis longtemps.

En 2016, l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA a détecté un grand flash de rayons X, qui provenait de la même région du ciel qu’une étoile Be chaude et brillante.

Les astronomes étaient curieux de savoir si les deux pouvaient être liés, alors les données ont été capturées à l’aide du télescope de 1,5 mètre de l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo dans le nord du Chili.

Le Dr Noel Richardson, qui est maintenant professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université aéronautique Embry-Riddle, est intéressé à utiliser ces données pour en savoir plus sur l’étoile.

En 2019, Clarissa Pavao, étudiante de premier cycle à l’université, a appelé Richardson alors qu’elle suivait un cours d’astronomie pour lui demander s’il avait des projets sur lesquels elle pourrait travailler pour acquérir de l’expérience dans la recherche en astronomie. Il a partagé les données du télescope avec elle et tout au long de la pandémie, Pavao a appris à travailler avec les données du télescope au Chili et à les nettoyer pour réduire la distorsion.

« Un télescope regarde une étoile et capte toute la lumière afin que vous puissiez voir de quels éléments cette étoile est composée – mais les étoiles Be ont tendance à avoir des disques de matière autour d’elles », a déclaré Pavao. « Il est difficile de voir toutes ces choses de première main. »

Elle a envoyé ses résultats préliminaires – qui ressemblaient à un nuage de points – à Richardson, qui s’est rendu compte qu’elle avait déterminé une orbite pour le système stellaire double. Des observations de suivi les ont aidés à vérifier l’orbite du système stellaire binaire, nommé CPD-29 2176.

Mais cette orbite n’était pas celle à laquelle ils s’attendaient. Normalement, les étoiles binaires tournent l’une autour de l’autre sur une orbite elliptique. Dans CPD-29 2176, une étoile orbite autour de l’autre selon un motif circulaire qui se répète environ tous les 60 jours.

Les deux étoiles, l’une plus grande et l’autre plus petite, tournaient l’une autour de l’autre sur une orbite très proche. Au fil du temps, a déclaré Richardson, la plus grande étoile commence à libérer son propre hydrogène, libérant de la matière sur la plus petite étoile, qui croît de 8 ou 9 fois la masse de notre Soleil à 18 ou 19 fois la masse de notre Soleil. A titre de comparaison, la masse du Soleil est 333 000 fois celle de la Terre.

L’étoile principale est devenue de plus en plus petite au fur et à mesure de la construction de l’étoile secondaire – et au moment où elle avait épuisé tout son carburant, il n’y avait plus assez pour créer une supernova massive et énergique pour lancer le matériau restant dans l’espace.

Au lieu de cela, l’explosion ressemblait plus à un feu d’artifice raté.

« L’étoile était tellement épuisée que l’explosion n’avait pas assez d’énergie pour conduire son orbite dans la forme elliptique typique vue dans des binaires similaires », a déclaré Richardson.

Ce qui restait après la supernova était un vestige dense connu sous le nom d’étoile à neutrons, qui orbite maintenant autour de l’étoile massive en rotation rapide. La paire d’étoiles restera dans une configuration stable pendant environ 5 à 7 millions d’années. Parce que la masse et le moment cinétique ont été transférés à l’étoile Be, elle libère un disque de gaz pour maintenir l’équilibre et s’assurer qu’elle ne se déchire pas.

Finalement, l’étoile secondaire brûlera également son carburant, se dilatant et crachant de la matière comme l’a fait la première étoile. Mais cette matière ne pouvait pas facilement s’accumuler sur l’étoile à neutrons, donc à la place, le système stellaire projetait la matière à travers l’espace. L’étoile secondaire est susceptible de connaître une supernova tout aussi faible et de se transformer en une étoile à neutrons.

Au fil du temps, probablement quelques milliards d’années, les deux étoiles à neutrons fusionneront et finiront par exploser dans un rayon. kilonovalibère des éléments lourds tels que l’or dans l’univers.

« Ces éléments lourds nous permettent de vivre comme nous le faisons. Par exemple, la majeure partie de l’or a été créée par des étoiles ressemblant aux restes d’une supernova ou d’une étoile à neutrons dans le système binaire que nous avons étudié. L’astronomie approfondit notre compréhension du monde et notre place dedans. »

« Quand nous regardons ces choses, nous regardons en arrière dans le temps », a déclaré Pavao. « Nous en apprenons davantage sur la cosmogonie, qui va nous dire où va notre système solaire. En tant qu’humains, nous avons commencé avec les mêmes éléments que ces étoiles. »

Une étude détaillant leurs conclusions a été publiée mercredi dans la revue la nature.

Richardson et Pavau ont également travaillé avec le physicien Jean J. Eldridge de l’Université d’Auckland en Nouvelle-Zélande, qui est un expert des systèmes d’étoiles binaires et de leur évolution. Eldridge a examiné des milliers de modèles d’étoiles binaires et a estimé qu’il n’y en avait probablement que 10 dans toute la Voie lactée similaires à ceux de leur étude.

Ensuite, les chercheurs veulent travailler pour en savoir plus sur Be Star lui-même et espèrent faire des observations de suivi avec le télescope spatial Hubble. Pavau a également pour objectif d’obtenir son diplôme – et continue de travailler dans la recherche en astrophysique en utilisant les nouvelles compétences qu’elle a acquises.

« Je n’ai jamais pensé que je travaillerais sur l’histoire de l’évolution des systèmes d’étoiles binaires et des supernovae », a déclaré Pavau. « C’était un projet incroyable. »