Des systèmes binaires exotiques et poussiéreux

L'observatoire de rayons gamma en orbite de l'ESA, Integral, a révélé une nouvelle population d'étoiles binaires exotiques et poussiéreuses qui pourrait représenter une brève période d'évolution dans la vie d'une étoile binaire. Les résultats mettent en évidence un vide dans notre connaissance de la formation et de l'évolution de tels systèmes d'étoiles binaires.

Depuis 2002, quand Integral a été lancé, l'observatoire examine la galaxie, recherchant les sources de rayons X et de rayons gamma les plus puissantes. Quinze de ses nouvelles découvertes semblent être des soi-disant binaires supergéantes de rayons X de masse élevée (HMXB, high-mass X-ray binaries). Ces systèmes binaires se composent d'une étoile à neutrons orbitant autour d'une étoile supergéante. Avant Integral, seules sept HMXB supergéantes étaient connues.


L'étoile supergéante est au moins 20 fois plus grande que le Soleil, contient 30 masses solaires, avec une luminosité un million de fois plus importante et une température de 20 000 K. L'étoile à neutrons était elle-même autrefois une étoile massive, mais a atteint la fin de sa vie et s'est effondrée dans un reste stellaire minuscule de juste 15 kilomètres de diamètre.

Sylvain Chaty, Université de Paris Diderot et CEA Saclay France, et ses collègues, ont utilisé Integral avec des satellites de rayons X et les télescopes de l'ESO pour viser les 15 nouvelles découvertes et pour confirmer que la plupart sont en effet des HMXB supergéantes, certaines d'entre elles enveloppées par un cocon de gaz et de poussières.

"Elles sont si profondément enfouies que seul Integral a une sensibilité suffisante pour les voir," note Chaty. Dans chaque cas, l'étoile à neutrons est en orbite dans l'atmosphère externe de son compagnon supergéant.

Ceci peut être un signe de ce que les astronomes appellent la phase d'enveloppe commune, une période de courte durée d'une existence d'étoile binaire qui est supposée durer pendant juste quelques milliers d'années. Si tel est le cas, cela donne aux astronomes une occasion unique d'étudier cet aspect d'évolution stellaire. Cela pose également un problème.

Ces couples célestes doivent avoir été autrefois deux étoiles supergéantes en orbite l'une autour de l'autre. Selon les modèles informatiques de la façon dont les étoiles se forment et évoluent, un tel couple supergéant devrait être plus rare que ce que montre Integral.

Les étoiles binaires de rayons X de masse élevée offrent un cliché de formation d'étoiles, mais différé d'environ 10 millions d'années. C'est parce que l'étoile à neutrons se forme environ 10 millions d'années après que le système original se soit formé, quand la plus massive des deux étoiles a vécu sa vie et s'est effondrée.

Par la suite, un tel système évolue avec la mort de l'étoile supergéante restante. A ce moment, une paire d'étoiles à neutrons, ou même une paire étoile à neutrons / trou noir, est formée. Les calculs montrent qu'il devrait y avoir une perte d'énergie et un développement en spirale. Au moment de la collision il peut y avoir un éclat géant de rayons gamma.

Une potentielle mission future de l'ESA, actuellement en cours de développement technologique, espère détecter des paires voisines d'étoile à neutrons. LISA (Laser Interferometer Space Antenna) les trouvera en repérant les vagues gravitationnelles qu'elles émettent pendant qu'elles se développent ensemble en spirale.

En attendant, Integral ne manque pas de travail pour rechercher davantage de HMXB supergéantes et les étudier.