La rivalité entre frères et soeurs a provoqué l'explosion historique d'Eta Carinae

De faibles échos de lumière éclairent ce qui s'est réellement passé lors de la grande éruption de la super-étoile Eta Carinae.

Le télescope spatial Hubble a capturé la gloire de la nébuleuse Homunculus, créée en 1843 lors d'un bouleversement animé par l'étoile supermassive Eta Carinae en son centre.
NASA / ESA / Nathan Smith (Université de Californie à Berkeley)

Un vilain cas de rivalité entre frères et sœurs pourrait avoir provoqué une explosion dans le système d'étoiles massif appelé Eta Carinae. Une nouvelle analyse des "échos de lumière" confirme une théorie selon laquelle le système avait initialement trois étoiles, mais dans une intrigue rappelant Game of Thrones, seules deux étoiles ont survécu.

Eta Carinae a connu une explosion majeure connue sous le nom de Grande Eruption il y a 170 ans. Elle a été vue dans le monde entier lorsque l'étoile principale est soudainement devenue la deuxième étoile la plus brillante du ciel nocturne. Il ressemblait à une supernova dans la férocité, mais laissait en quelque sorte la principale étoile, ultra-massive, intacte. Deux études figurant dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (article 1, «Article 2») ont permis de repérer les faibles échos de lumière se reflétant sur la poussière interstellaire à proximité, offrant aux astronomes un aperçu en temps réel de les événements passés il y a longtemps.

En prenant le spectre de cette lumière réfléchie, Nathan Smith (Université de l'Arizona) et ses collègues pourraient essentiellement regarder en arrière dans le temps, en mesurant la vitesse à laquelle les matériaux ont accéléré pendant l'explosion stellaire. La lumière ayant une vitesse finie, l'examen des échos de lumière dans différentes zones de poussière a permis à l'équipe de suivre les débris pendant une longue période au cours de l'explosion. «C’est comme revenir en arrière et enquêter sur la scène du crime avec des instruments modernes», explique Smith.

À la grande surprise des astronomes, ils ont constaté que les propriétés du spectre se transformaient radicalement en échos de lumière qui enregistraient les événements des années 1840 et 1850. Les données ont montré que l'explosion avait atteint des vitesses de plusieurs millions de kilomètres à l'heure.

Examiner un écho de lumière

Une étoile massive envoyant un flux important de matériau montre souvent des raies d'émission dans son spectre, explique Smith. Si la sortie est lente, ces lignes apparaissent étroites, mais une sortie rapide les maculera, les élargissant. De plus, comme les échos de lumière nous montrent la lumière émise il y a 170 ans, le spectre montre l'évolution en temps réel de l'éruption de longue date.

Les spectres ont montré que la vitesse de l'écoulement changeait plusieurs fois au cours de la décennie de la grande éruption. Au début, la vitesse de sortie se situait entre 150 km / s et 200 km / s (340 000 mph et 450 000 mph). Ensuite, la vitesse du matériau a atteint le taux de dilatation actuel de 600 km / s et plus, avec de multiples flux de particules se déplaçant à des vitesses pouvant atteindre 1 000 km / s.

"Mais ce n'est pas le vrai whopper", poursuit Smith. Lors de la deuxième phase, son équipe a constaté que le vent accélérait à des vitesses très élevées, mais inégales. L'explosion était asymétrique. Les vents se déplaçant vers la Terre ont atteint une vitesse incroyable de 10 000 km / s (22, 3 millions de mph), mais ces vents s’éloignant de la Terre étaient encore plus rapides, poussant à 20 000 km / s.

Ces vitesses élevées sont révélatrices d'une onde de choc à la suite d'une explosion massive, a déclaré Smith. "Il s'agit d'une nouvelle observation extrêmement importante et qui change fondamentalement ce que nous pensons être la nature de l'explosion", a-t-il ajouté.

La rivalité fraternelle

Comment est-ce arrivé? Le scénario le plus fort de l'équipe suggère une interaction violente entre trois étoiles.

Ce graphique à six panneaux illustre un scénario possible pour l'explosion puissante du système stellaire Eta Carinae, observée il y a 170 ans.
NASA / ESA / et A. Feild (STScI)

L’histoire de ce système stellaire lui-même est complexe et a impliqué des millions d’années d’évolution au cours desquelles certains membres de la fratrie ont échangé du gaz et même échangé des orbites. Au début, deux étoiles stars appelons-les A et B étaient en orbite l'une à côté de l'autre, tandis qu'une troisième étoile appelons cela C en orbite plus loin. Lorsque A atteignit la fin de sa vie, il perdit ses couches externes, transférant ainsi sa masse à B et laissant derrière lui un noyau riche en hélium. Pendant ce temps, B, déjà une grosse étoile, a atteint au moins 100 fois la masse du Soleil.

Ce transfert de masse a déplacé le centre de gravité du système vers B, poussant A plus loin, où il a commencé à tirer sur C. Dans l'interaction gravitationnelle, A et C ont échangé leurs places: maintenant, C et B étaient proches l'un de l'autre. et A plus loin. Leur orbite mutuelle n’était pas stable et C et B ont fusionné, libérant l’énorme quantité d’énergie observée lors de la Grande Eruption. Les étoiles A et B gravitent toujours autour de nous aujourd'hui, avec une période de 5, 5 ans.

Selon le scénario proposé par l'équipe de Smith, la phase de sortie "lente" observée dans les échos de lumière correspond au moment où C et B se rapprochent l'un de l'autre, perdant de la masse au fur et à mesure. Au moment où les deux étoiles ont fusionné, un cocon de matériau dense et en expansion lente les a entourées. La fusion a déclenché l'explosion, envoyant des matériaux stellaires, accélérés à des vitesses élevées, percutant le cocon environnant et produisant les vitesses de débris multiples constatées par les astronomes repérés dans la seconde, la phase plus rapide des échos de lumière.

Edward van den Heuvel (Université d'Amsterdam), co-rédacteur d'un article de 2016 proposant également un cadre à trois étoiles, explique que les nouvelles études améliorent son modèle, car elles sont largement mieux adaptées aux caractéristiques observées d'Eta Carinae. Cependant, il note que dans son modèle, l'étoile compagnon initiale (A) est une étoile ordinaire de type O, tandis que les calculs de Smith exigent que ce compagnon soit une étoile de Wolf-Rayet. Bien que les étoiles O soient relativement communes, les étoiles de Wolf-Rayet ont une durée de vie courte et sont donc plus rares.

Smith dit que l'équipe envisage de continuer à observer le système en étoile pour rechercher des échos de lumière supplémentaires, afin de voir s'ils peuvent trouver plus d'informations sur l'évolution de l'explosion.