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Illustration générée par IA d'un système binaire d'étoiles (crédit: Mats Esseldeurs)
À la fin de leur cycle de vie, des étoiles comme notre Soleil se transforment en géantes rouges pulsantes qui expulsent d'énormes quantités de gaz et de poussière. Ce faisant, elles contribuent à la création et à la dispersion de nouveaux éléments chimiques dans l'Univers, devenant ainsi le moteur du "cycle cosmique". Cette étape finale de l'évolution stellaire reste encore partiellement comprise.
Une question essentielle demeure: comment une étoile compagnon proche influence-t-elle la perte de masse et l'évolution de la géante ? Cachés par un environnement dense et poussiéreux, ces compagnons ont longtemps échappé à la détection. Grâce à de nouvelles observations, les scientifiques ont maintenant découvert l'un de ces compagnons et révélé la manière dont il se déplace autour de l'étoile géante.
L'étude porte sur π¹ Gruis, une étoile géante vieillissante plus de 7 000 fois plus lumineuse que notre Soleil. Cette étoile éjecte de grandes quantités de gaz et de poussière dans l'espace via un vent stellaire puissant. Des indices indirects suggéraient depuis longtemps la présence d'une étoile compagnon proche, mais celle-ci demeurait dissimulée par l'environnement poussiéreux et par la forte turbulence entourant la géante.
"Les étoiles géantes sont difficiles à observer. Leur environnement est tellement turbulent et poussiéreux que même les étoiles compagnons proches deviennent pratiquement invisibles", explique Mats Esseldeurs, doctorant en co-direction entre la KU Leuven et le CEA-Paris Saclay. "Grâce à de nouvelles techniques, nous avons pu suivre directement leur mouvement pour la première fois."
Images du système stellaire ?
π¹ Gru, prises avec l'observatoire ALMA en juillet 2019 et octobre 2023. La géante rouge vieillissante et en expansion est marquée par une croix blanche, et son étoile compagne par une croix grise. Les ellipses orange et jaune en bas indiquent la résolution (ou “netteté”) des observations ALMA en 2019 et 2023.Les couleurs dans les images représentent l'intensité du signal détecté.
Le télescope ALMA perce la poussière
L'équipe a utilisé le télescope ALMA au Chili, un réseau de 66 radiotélescopes idéal pour imager en détail les structures de gaz et de poussière. π¹ Gruis a été observée en 2019 puis à nouveau en 2023. Ces mesures répétées ont permis aux scientifiques de confirmer, pour la première fois, la présence d'une étoile compagnon se déplaçant sur une orbite presque parfaitement circulaire autour de la géante.
"C'est comme si nous avions pu regarder en direct la danse de deux étoiles", explique la professeure Leen Decin, astronome à la KU Leuven. "Cette observation directe change tout. Jusqu'ici, nous pouvions seulement soupçonner l'existence d'un compagnon ; à présent, nous le voyons réellement orbiter autour de la géante."
Trajectoire de la géante rouge évoluée et de son compagnon, projetée sur le plan du ciel.La trajectoire de la géante (= M1) est représentée par une ligne blanche en traits discontinus, et celle de son compagnon par une ligne pointillée.Le temps progresse de droite à gauche, comme indiqué en haut (en années).Les oscillations relatives des deux trajectoires sont dues au mouvement orbital.Les données d'observation apparaissent en couleur et regroupent des mesures des missions spatiales Hipparcos et Gaia, ainsi que du télescope terrestre ALMA au Chili.
Nouvelles perspectives sur les étoiles évoluées
Le résultat est surprenant: la théorie prédisait une orbite elliptique pour l'étoile compagnon, mais nous observons une orbite presque parfaitement circulaire. Cela indique que l'orbite évolue plus rapidement qu'on ne le pensait du fait de l'action combinée de la perte de masse de l'étoile géante et des interactions de marées avec son compagnon.
Ce résultat appelle à des ajustements des modèles existants décrivant la dernière phase de vie des géantes accompagnées. "Notre Soleil traversera un jour une étape similaire", ajoute Mats Esseldeurs. "Comprendre comment les étoiles compagnons proches se comportent dans ces conditions nous aide à mieux prédire ce qui arrivera aux planètes autour du Soleil, et comment le compagnon influence l'évolution de la géante elle-même."