Deux étoiles rares se fouettant l’une autour de l’autre dans un tango large et sauvage ont donné aux astronomes une occasion unique d’étudier le doux claquement de la lumière contre leurs jupes poussiéreuses.
L’objet binaire appelé WR 140 est entouré d’une série de coquilles de poussière imbriquées qui sont lentement poussées dans l’espace, non seulement par les vents stellaires binaires de particules chargées, mais par la lueur du rayonnement émis par les étoiles elles-mêmes.
Pour la première fois, les scientifiques ont pu observer directement cette pression de rayonnement en action, en utilisant les observations infrarouges de l’observatoire de Keck pour suivre un panache géant alors qu’il s’étendait dans l’espace sur une période de 16 ans.
Cela aide à expliquer ce que nous voyons dans un image récente du télescope spatial James Webb (JWST), l’objet d’un deuxième papiermontrant le binaire flamboyant niché au milieu d’une profusion de coquilles de poussière rougeoyantes.
“Il est difficile de voir la lumière des étoiles provoquer une accélération car la force s’estompe avec la distance et d’autres forces prennent rapidement le dessus”, dit l’astronome Yinuo Han de l’Université de Cambridge.
“Pour assister à une accélération au niveau où elle devient mesurable, le matériau doit être raisonnablement proche de l’étoile ou la source de la pression de rayonnement doit être très forte. WR 140 est une étoile binaire dont le champ de rayonnement féroce suralimente ces effets, plaçant à portée de nos données de haute précision.”
WR 140 est situé à environ 5 600 années-lumière dans la constellation du Cygne, et c’est une rareté parmi les raretés. C’est ce qu’on appelle un vent binaire en collision, composé d’une étoile Wolf-Rayet extrêmement rare et d’une étoile supergéante bleue de type O – un autre objet rare.
Comme nous avons expliqué précédemment, les étoiles Wolf-Rayet sont très chaudes, très lumineuses et très anciennes, s’embrasant à la fin de leur durée de vie dans la séquence principale. Ils sont considérablement appauvris en hydrogène, riches en azote ou en carbone et perdent de la masse à un rythme très élevé. Cette masse perdue est également riche en carbone, qui absorbe le rayonnement des étoiles et le réémet sous forme de lumière infrarouge.
Les étoiles de type O, en revanche, sont parmi les étoiles les plus massives connues, également très chaudes et brillantes ; parce qu’ils sont si massifs, leur durée de vie est incroyablement courte, s’éteignant après seulement quelques millions d’années.
Les deux étoiles du système WR 140 ont rapidement vents stellaires, soufflant dans l’espace à environ 3 000 kilomètres (1 864 miles) par seconde. Les deux perdent donc de la masse à un rythme assez effréné. C’est en fait assez normal. Mais les étoiles orbitent les unes autour des autres dans une forme elliptique ou ovale, ce qui signifie qu’elles n’orbitent pas uniformément. Ils se rapprochent pour se rapprocher (périastre) puis s’éloignent à nouveau à grande distance (apastron).
Au périastre, leurs puissants vents stellaires entrent en collision, créant des chocs et une bouffée de poussière géante qui s’étend vers l’extérieur, créant une coquille de poussière. Les étoiles orbitent une fois tous les 7,94 ans, ce qui signifie que chaque nouvelle coquille est créée 7,94 ans après la dernière. Cette prévisibilité signifie que des objets comme WR 140 sont des objets fascinants pour étudier la production et l’accélération de la poussière.
Mais vous avez peut-être remarqué que la forme des coquilles est particulière, avec un côté allongé, produisant ce qui a été décrit comme un “écureuil” forme. C’est difficile à expliquer à partir des seuls vents stellaires.
“En l’absence de forces extérieures, chaque spirale de poussière devrait se dilater à une vitesse constante”, Han dit.
“Nous étions d’abord perplexes parce que nous ne pouvions pas faire correspondre notre modèle aux observations, jusqu’à ce que nous réalisions finalement que nous voyions quelque chose de nouveau. Les données ne correspondaient pas parce que la vitesse d’expansion n’était pas constante, mais plutôt qu’elle s’accélérait. Nous avions filmé cela pour la première fois devant la caméra.”
Mais il y a une autre explication : pression de rayonnement. Le rayonnement électromagnétique – la lumière – exerce une toute petite pression sur tout ce contre quoi il se heurte, en raison du transfert d’impulsion du photon à la surface. Les photons sont si petits et sans masse que cela n’affectera pas votre vie quotidienne, mais les étoiles émettent beaucoup de radiations puissantes. Non filtré et dans le vide de l’espace, il peut en fait pousser de la matière. C’est le principe derrière technologie de la voile lumineuse.
Lorsque l’équipe a inclus la pression de rayonnement dans ses modèles de WR 140, elle a pu reproduire la forme particulière des coques gonflant autour du binaire.
“Dans un sens, nous avons toujours su que cela devait être la raison de l’écoulement, mais je n’aurais jamais imaginé que nous serions capables de voir la physique à l’œuvre comme ça”, dit l’astrophysicien Peter Tuthill de l’Université de Sydney en Australie.
“Quand je regarde les données maintenant, je vois le panache du WR140 se déployer comme une voile géante faite de poussière. Lorsqu’il capte le vent de photons provenant de l’étoile, comme un yacht captant une rafale, il fait un bond en avant soudain.”
L’Univers est, vraiment, plein de merveilles.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans La natureet le deuxième article sur les observations du JWST dans Astronomie naturelle.
