Vidéos - Mystère cosmique: disparition en direct d'une étoile massive

Publié par Redbran le 01/07/2020 à 09:00
Source: ESO
Grâce au Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire Européen Austral, des astronomes ont découvert l'absence d'une étoile massive instable au sein d'une galaxie naine. Aux dires des scientifiques, cette observation suggérerait que cette étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche...) a subitement décrû en luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) et se trouve désormais partiellement obscurcie par la poussière. Une autre explication est toutefois envisageable: l'étoile se serait effondrée en un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en...) sans passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) par le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la...). "Si cette hypothèse se trouvait confirmée, il s'agirait de la toute première détection directe d'une telle étoile géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles se situent entre les...) achevant ainsi son existence", précise Andrew Allan, doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable selon les pays et les statuts, comprenant la...) au Trinity College de Dublin, qui supervisa l'équipe.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) de l'étoile évanescente - Sur cette illustration figure l'étoile variable (Une étoile variable est une étoile dont la luminosité varie.) bleue lumineuse de la galaxie naine (Une galaxie naine est une petite galaxie composée de l'ordre de 10 milliards d'étoiles, un nombre relativement faible par rapport aux 100 milliards d'étoiles de notre galaxie, la Voie lactée.) de Kinman telle qu'elle pouvait être avant qu'elle ne disparaisse mystérieusement. - Crédit: ESO/L. Calçada

Entre 2001 et 2011, plusieurs équipes d'astronomes ont étudié la mystérieuse étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :) située au sein de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...) naine de Kinman. Leurs observations laissaient à penser qu'elle se trouvait alors à un stade avancé de son évolution. Allan et ses collaborateurs situés en Irlande, au Chili et aux Etats-Unis, souhaitaient mieux comprendre la fin de vie (La vie est le nom donné :) des étoiles très massives. Aussi, l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) situé au sein de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) de Kinman constituait-il une cible privilégiée de leur étude. Mais lorsqu'ils pointèrent le VLT de l'ESO en direction de la lointaine galaxie au cours de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) 2019, ils se retrouvèrent dans l'impossibilité de détecter les signatures spécifiques à cette étoile. “A notre grande surprise, l'étoile avait disparu !” révèle Allan, auteur principal de l'étude publiée ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...) au sein des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La galaxie naine de Kinman se situe à quelque 75 millions d'années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge)....) dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure...) du Verseau. Elle est trop distante pour permettre aux astronomes de distinguer chacune des étoiles qui la composent. Toutefois, ils sont en mesure de détecter les signatures de quelques-une d'entre elles. Entre 2001 et 2011, la lumière en provenance de la galaxie témoigna de la présence, en son sein, d'une "variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut...) bleue lumineuse", une étoile dont la luminosité surpasse celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...) d'un facteur 2,5 millions. Les étoiles de ce type sont particulièrement instables, et présentent parfois de brusques variations de spectre et de brillance. En dépit de ces changements, les variables bleues lumineuses laissent des traces spécifiques que les scientifiques peuvent identifier. De telles signatures n'apparaissent toutefois pas dans le jeu de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) collectées par l'équipe en 2019, laissant les scientifiques particulièrement perplexes. "Il serait très inhabituel qu'une telle étoile massive disparaisse sans donner lieu à une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz....) de supernova brillante", s'interroge Allan.


Image de la galaxie naine de Kinman capturée par Hubble - Crédit: NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du...), ESA/Hubble, J. Andrews (U. Arizona)

Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), au mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) d'août 2019, l'équipe a pointé l'instrument ESPRESSO en direction de l'étoile, bénéficiant ainsi de la résolution offerte par l'utilisation simultanée des quatre télescopes de 8 mètres qui composent le VLT. Ils ne parvinrent toutefois pas à détecter les signes antérieurs de l'existence de l'étoile lumineuse. Quelques mois plus tard, l'équipe a employé l'instrument X-shooter, qui équipe également le VLT de l'ESO, sans pour autant détecter la moindre trace (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) de l'étoile.

"Nous avons peut-être découvert l'une des étoiles les plus massives de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) local se fondant lentement dans la nuit", explique Jose Groh du Trinity College de Dublin, l'un des membres de l'équipe. "Notre découverte n'aurait pu s'effectuer sans l'utilisation des puissants télescopes de 8 mètres de l'ESO, sans leur instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) unique, ni l'accès rapide à ces moyens d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...), permis par l'accord récemment signé entre l'Irlande et l'ESO". En effet, l'Irlande est devenu un Etat membre de l'ESO au mois de septembre 2018.

L'équipe s'est alors penchée sur les anciennes données collectées au moyen des instruments X-shooter et UVES installés sur le VLT de l'ESO, dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations...) chilien de l'Atacama, ainsi que par d'autres télescopes. "Les archives scientifiques de l'ESO nous ont permis de dénicher et d'utiliser les données acquises du même objet en 2002 et 2009" précise Andrea Mehner, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) de l'ESO au Chili qui a contribué à l'étude. "La comparaison des spectres de haute résolution acquis par UVES en 2002 avec nos observations datées de 2019 et effectuées au moyen d'ESPRESSO, le plus récent spectrographe de haute résolution de l'ESO, s'avéra particulièrement révélatrice, tant d'un point (Graphie) de vue astronomique qu'au plan de l'instrumentation."


Sur cette carte figure la localisation de la galaxie naine de Kinman, dont une mystérieuse étoile variable bleue lumineuse a disparu. La plupart des étoiles visibles à l'oeil nu dans de bonnes conditions d'observation sont représentées, et le système étudié est entouré d'un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée...) de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). - Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Les anciennes données suggèrent que l'étoile de la galaxie naine de Kinman pourrait avoir connu une période de sursauts intenses et répétés qui s'est probablement achevée après 2011. Les étoiles variables bleues lumineuses telles que celle-ci sont susceptibles de traverser, au cours de leur existence, des phases d'explosions majeures, causant une perte de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) considérable et une augmentation de luminosité remarquable.

Sur la base de leurs observations et des modèles existants, les astronomes entrevoient deux explications possibles de la disparition de l'étoile et de l'absence de supernova, en lien avec cette probable explosion. L'explosion pourrait avoir changé la variable bleue lumineuse en une étoile de moindre luminosité, en partie masquée par la poussière environnante. Ou l'étoile pourrait s'être effondrée en un trou noir, sans être passée par le stade supernova. Cet événement serait extrêmement rare: notre compréhension actuelle de la fin des étoiles massives plaide en faveur d'une explosion en supernova.

De prochaines études sont nécessaires pour confirmer tel ou tel scénario. Prévu pour débuter ses observations en 2025, l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO sera en mesure de résoudre les étoiles des galaxies lointaines telle la naine de Kinman, et donc de contribuer à éclaircir des mystères cosmiques comme celui-ci.

Animation d'artiste de l'étoile évanescente- Sur cette animation figure l'étoile variable bleue lumineuse de la galaxie naine de Kinman telle qu'elle pouvait être avant qu'elle ne disparaisse mystérieusement. - Crédit: ESO/L. Calçada

Zoom sur la galaxie naine de Kinman - Cette vidéo débute sur une vue champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) large d'une région du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) située au sein de la constellation du Verseau. Puis elle se focalise sur la galaxie naine de Kinman, dont une mystérieure étoile variable bleue lumineuse a disparu. Enfin, elle s'achève sur une animation d'artiste de l'étoile, telle qu'elle pouvait être avant de disparaître.
Crédit: ESO/L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, N. Risinger (skysurvey.org), NASA, ESA/Hubble, J. Andrews (U. Arizona) Music: Konstantino Polizois
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