Les supernovae, des explosions stellaires aussi brillantes qu’une galaxie entière, nous fascinent depuis des temps immémoriaux. Pourtant, il existe additionally de supernovas pauvres en hydrogène que les astrophysiciens ne peuvent l’expliquer. Aujourd’hui, un nouveau professeur adjoint à l’Institut des sciences et systems d’Autriche (ISTA) a joué un rôle central dans l’identification de la population d’étoiles précurseurs manquante. Les résultats, maintenant publiés dans Science, remontent à une dialogue que les professeurs concernés ont eue il y a de nombreuses années en tant que jeunes scientifiques.
- Les astrophysiciens ont identifié des supernovas pauvres en hydrogène provenant de l’explosion d’étoiles massives, mais ne pouvaient pas expliquer leurs étoiles précurseurs.
- Un nouveau professeur adjoint à l'ISTA a joué un rôle central dans l'identification de la population d'étoiles manquante grâce à une collaboration avec Maria Drout du Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics.
- Des études ont permis de trouver une population d’étoiles binaires conformes aux attentes pour les étoiles à hélium de masse intermédiaire, comblant ainsi un important manque de connaissances sur l’origine des supernovas pauvres en hydrogène.
Certaines étoiles ne s’éteignent pas simplement, mais explosent dans une explosion stellaire qui pourrait éclipser des galaxies entières. Ces phénomènes cosmiques, appelés supernovae, propagent la lumière, les éléments, l’énergie et les radiations dans l’espace et envoient des ondes de choc galactiques qui pourraient comprimer les nuages de gaz et générer de nouvelles étoiles. En d’autres termes, les supernovae façonnent notre univers. Parmi celles-ci, les supernovae pauvres en hydrogène provenant de l’explosion d’étoiles massives ont longtemps intrigué les astrophysiciens. La raison : les scientifiques n’ont pas réussi à mettre le doigt sur leurs étoiles précurseurs. C’est presque comme si ces supernovae étaient apparues de nulle portion.
« Il existe beaucoup additionally de supernovas pauvres en hydrogène que nos modèles actuels ne peuvent l’expliquer. Soit nous ne pouvons pas détecter les étoiles qui mûrissent sur cette trajectoire, soit nous devons réviser tous nos modèles », explique Ylva Götberg, professeur adjoint de l’ISTA. Elle a été pionnière dans ce travail avec Maria Drout, membre associé du corps professoral du Dunlap Institute for Astronomy Astrophysics, Université de Toronto, Canada. « Les étoiles uniques explosent généralement sous forme de supernovae riches en hydrogène. Le fait d’être pauvre en hydrogène indique que l’étoile précurseur doit avoir perdu son épaisse enveloppe riche en hydrogène. Cela se produit naturellement dans un tiers de toutes les étoiles massives par le décapage de l’enveloppe par une étoile compagnon binaire, » dit Götberg. Désormais, Götberg et Drout ont combiné leurs domaines d’expertise en modélisation théorique et en observation pour traquer les étoiles manquantes. Leur quête est couronnée de succès : ils documentent une populace d’étoiles one of a kind en son style qui comble enfin un critical manque de connaissances et satisfied en lumière l’origine des supernovae pauvres en hydrogène.
Étoiles binaires et décapage des enveloppes
Les étoiles recherchées par Götberg et Drout vont par paires : imbriquées dans un système stellaire binaire. Certains systèmes binaires sont bien connus de nous, Terriens : il s’agit notamment de l’étoile la plus brillante de notre ciel nocturne, Sirius A, et de sa faible étoile compagne Sirius B. Le système binaire Sirius est situé à seulement 8,6 années-lumière de la Terre, à un jet de pierre. en termes cosmiques. Cela explique la luminosité observée par Sirius A dans notre ciel nocturne.
Les astrophysiciens s’attendent à ce que les étoiles manquantes soient initialement formées à partir de systèmes binaires massifs. Dans un système binaire, les étoiles tourneraient les unes autour des autres jusqu’à ce que l’enveloppe épaisse et riche en hydrogène de l’étoile la furthermore large se dilate. Finalement, l’enveloppe en expansion subit une attraction gravitationnelle in addition forte vers l’étoile compagnon que vers son propre noyau. Cela provoque le début d’un transfert de masse, qui finit par détruire toute l’enveloppe riche en hydrogène, laissant le noyau d’hélium chaud et compact exposé, furthermore de 10 fois additionally chaud que la floor du Soleil. C’est précisément le style d’étoiles recherchées par Götberg et Drout. « On prévoit que les étoiles d’hélium de masse intermédiaire dépouillées par interaction binaire joueront un rôle significant en astrophysique. Pourtant, elles n’ont pas été observées jusqu’à présent », explique Götberg. En fait, il existe un écart de masse essential entre les courses connues d’étoiles à hélium : les étoiles Wolf-Rayet (WR) les as well as massives ont furthermore de 10 fois la masse du Soleil, et les étoiles subnaines de faible masse pourraient avoir approximativement la moitié de la masse du Soleil.. Cependant, les modèles prédisent que les précurseurs des supernovae pauvres en hydrogène se situeront entre 2 et 8 masses solaires après le décapage.
Pas juste une aiguille dans une botte de foin
Avant l’étude de Götberg et Drout, une seule étoile remplissait les critères de masse et de composition attendus et était appelée « Quasi-WR » (ou « Presque Wolf-Rayet »). « Pourtant, les étoiles qui suivent ce chemin ont une durée de vie si longue que nombre d’entre elles doivent être dispersées dans tout l’univers observable », explique Götberg. Les scientifiques ne les ont-ils tout simplement pas « vus » ? Götberg et Drout ont ainsi mis à financial gain leurs expertises complémentaires. À l’aide de la photométrie UV et de la spectroscopie optique, ils ont identifié une population de 25 étoiles conforme aux attentes pour les étoiles à hélium de masse intermédiaire. Les étoiles sont situées dans deux galaxies voisines bien étudiées, le Grand et le Petit Nuage de Magellan. « Nous avons montré que ces étoiles étaient furthermore bleues que la lignée de naissance stellaire, la stage la moreover bleue de la vie d’une seule étoile. Les étoiles simples mûrissent en évoluant vers la région la furthermore rouge du spectre. Une étoile ne se déplace dans la course opposée que si ses couches externes sont supprimées. quelque selected qui devrait être courant dans les étoiles binaires en conversation et exceptional parmi les étoiles massives uniques », explique Götberg.
Les scientifiques ont ensuite vérifié leur population d’étoiles candidates à l’aide de la spectroscopie optique : ils ont montré que les étoiles possédaient de fortes signatures spectrales d’hélium ionisé. « Les fortes raies d’hélium ionisées nous disent deux choses importantes : premièrement, elles confirment que les couches les additionally externes des étoiles sont dominées par l’hélium et, deuxièmement, que leur floor est très chaude. C’est ce qui arrive aux étoiles laissées sous forme d’hélium exposé et compact. -noyau riche après décapage », explique Götberg. Pourtant, les deux étoiles d’un système binaire contribuent aux spectres observés. Ainsi, cette technique a permis aux chercheurs de classer leur inhabitants applicant en fonction de l’étoile qui contribuait le moreover au spectre. « Ce travail nous a permis de trouver la population manquante d’étoiles à hélium de masse intermédiaire, dépourvues d’hélium, les progéniteurs prédits des supernovae pauvres en hydrogène. Ces étoiles ont toujours été là et il y en a probablement beaucoup d’autres. Nous devons simplement trouver des moyens pour les trouver », explique Götberg. « Notre travail constitue peut-être l’une des premières tentatives, mais il devrait y avoir d’autres voies possibles. »
Des étudiants diplômés lors d’une conférence aux chefs de groupe
L’idée derrière ce projet est née lors d’une discussion suite à une conférence de Götberg lors d’une conférence à laquelle elle et Drout ont assisté pendant leurs études supérieures. Les deux scientifiques, puis chercheurs en début de carrière en quête d’étoiles, sont désormais chefs de file dans leur domaine. Götberg a rejoint l’ISTA en septembre après ses recherches aux observatoires Carnegie de Pasadena, en Californie, en tant que boursière postdoctorale Hubble de la NASA. À l’ISTA, Götberg rejoint les rangs croissants de jeunes cooks de groupe en astrophysique de l’Institut et dirige son propre groupe axé sur l’étude des interactions binaires des étoiles.
Ce travail, dirigé par Maria R. Drout (Dunlap Institute for Astronomy Astrophysics, Université de Toronto, Canada) et Ylva Götberg (Institut des sciences et technologies d’Autriche, ISTA), a été réalisé en collaboration avec les Observatoires de la Carnegie Establishment for Science. (Pasadena, États-Unis) et l’Institut Max Planck d’astrophysique (Garching, Allemagne), entre autres.
