Le clignotement d’une étoile proche a attiré l’attention d’une équipe d’astronomes, qui ont découvert qu’elle faisait partie d’un système rare et mystérieux. Comme ils le rapportent dans un papier publié dans Nature, l’étrangeté stellaire semble être un « binaire de veuve noire » – un type de système composé d’une étoile à neutrons à rotation rapide, ou pulsar, qui tourne en rond et consomme lentement une étoile compagne plus petite, comme son homonyme arachnide le fait à son camarade.
L’équipe, dirigée par le co-auteur Kévin Burgechercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology, a découvert le binaire de la veuve noire en utilisant les données du Installation transitoire de Zwickyun observatoire basé en Californie qui prend des images à grand champ du ciel nocturne.
Une vue illustrée d’un pulsar de veuve noire et de son compagnon stellaire. Les émissions de rayons gamma du pulsar (magenta) chauffent fortement la face opposée de l’étoile (orange). Le pulsar évapore progressivement son partenaire. Crédit image : NASA/Goddard Space Flight Center/Cruz deWilde
« Cette découverte met en évidence le potentiel des grandes enquêtes dans le domaine temporel comme ZTF pour trouver des objets astrophysiques rares », a déclaré le co-auteur. Eric Bellmprofesseur assistant de recherche en astronomie à l’Université de Washington, boursier à l’UW Institut DiRAC et scientifique à la fois au ZTF et à l’observatoire Vera C. Rubin, basé au Chili.
Les astronomes connaissent environ deux douzaines de binaires de veuves noires dans la Voie lactée. Ce nouveau candidat, nommé ZTF J1406 + 1222, se trouve à 3 000 années-lumière de la Terre et a la période orbitale la plus courte jamais identifiée, le pulsar et l’étoile compagne se tournant toutes les 62 minutes. Le système est unique en ce sens qu’il semble également héberger une troisième étoile lointaine qui orbite autour des deux étoiles intérieures tous les 10 000 ans.
Cette « triple » veuve noire soulève des questions sur la façon dont un tel système a pu se former. Sur la base de ses observations, l’équipe a proposé une histoire d’origine : comme pour la plupart des binaires de veuve noire, le système triple est probablement né d’une constellation dense d’étoiles anciennes connue sous le nom d’amas globulaire. Cet amas particulier a peut-être dérivé vers le centre de la Voie lactée, où la gravité du trou noir central a séparé l’amas tout en laissant la triple veuve noire intacte.
« C’est un scénario de naissance compliqué », a déclaré Burge. « Ce système flotte probablement dans la Voie lactée depuis plus longtemps que le soleil n’existe. »
Les pulsars, qui sont les noyaux effondrés d’étoiles massives, ont une période de rotation vertigineuse, tournant toutes les quelques millisecondes et émettant des éclairs de rayons gamma et X à haute énergie dans le processus.
Normalement, les pulsars ralentissent et meurent rapidement car ils brûlent une énorme quantité d’énergie. Mais occasionnellement, la gravité du pulsar peut extraire du matériel d’une étoile capricieuse qui passe, fournissant une nouvelle énergie pour faire remonter le pulsar. Le pulsar « recyclé » commence alors à reradier de l’énergie qui dépouille davantage l’étoile et finit par la détruire.
Alors que la plupart des binaires de veuve noire se trouvent à travers le rayonnement gamma et X émis par le pulsar central, l’équipe a utilisé la lumière visible du clignotement de l’étoile compagnon du binaire pour détecter ZTF J1406 + 1222. Burdge a reconnu que le soi-disant côté « jour » de l’étoile compagne – le côté faisant perpétuellement face au pulsar – peut être plusieurs fois plus chaud que son côté « nuit », en raison du rayonnement constant à haute énergie qu’il reçoit du pulsar. Il a estimé que si les astronomes observaient une étoile dont la luminosité changeait périodiquement de manière importante, ce serait un signe fort qu’elle était en binaire avec un pulsar.
Pour tester cette théorie, Burdge et ses co-auteurs ont étudié la luminosité des étoiles à partir des données ZTF pour voir si certaines changeaient de façon spectaculaire d’un facteur 10 ou plus, et sur une échelle de temps d’environ une heure ou moins. L’équipe a pu sélectionner la douzaine de binaires de veuve noire connus, validant ainsi la précision de la nouvelle méthode. Ils ont ensuite repéré une étoile dont la luminosité changeait d’un facteur 13, toutes les 62 minutes, indiquant qu’elle faisait probablement partie d’un nouveau binaire de veuve noire.
En regardant en arrière à travers des mesures de l’étoile datant de plusieurs décennies par le Sloan Digital Sky Survey, ils ont trouvé des preuves que le binaire était suivi par une autre étoile lointaine. Selon leurs calculs, cette troisième étoile semblait orbiter autour du binaire interne tous les 10 000 ans.
Curieusement, les astronomes n’ont pas détecté directement les émissions gamma ou de rayons X du pulsar dans le binaire, ce qui est la manière typique dont les veuves noires sont confirmées. En conséquence, pour l’instant ZTF J1406 + 1222 est considéré comme un candidat binaire de veuve noire, ce que l’équipe espère confirmer avec de futures observations.
« Tout semble indiquer qu’il s’agit d’un binaire de veuve noire », a déclaré Burdge. « Mais il y a quelques choses étranges à ce sujet, il est donc possible que ce soit quelque chose d’entièrement nouveau. »
L’équipe prévoit de continuer à observer le nouveau système, ainsi qu’à appliquer la technique optique pour éclairer davantage d’étoiles à neutrons et de veuves noires dans le ciel.
« L’identification de ce binaire de veuve noire avec ZTF seul suggère que nous devrions être en mesure de trouver encore plus de systèmes de ce type dans quelques années lorsque l’observatoire Vera C. Rubin, encore plus puissant, sera mis en ligne », a déclaré Bellm.
La source: Université de Washington
