Communiqué de presse

Une belle nébuleuse, une histoire violente : le choc des étoiles résout un mystère stellaire

11 avril 2024

Lorsque les astronomes ont observé un couple stellaire au cœur d'un impressionnant nuage de gaz et de poussière, ils ont été surpris. Les paires d'étoiles sont généralement très similaires, comme des jumeaux, mais dans le cas de HD 148937, l'une des étoiles semble plus jeune et, contrairement à l'autre, est magnétique. De nouvelles données de l'Observatoire Européen Austral (ESO) suggèrent qu'il y avait à l'origine trois étoiles dans le système, jusqu'à ce que deux d'entre elles entrent en collision et fusionnent. Cet événement violent a créé le nuage qui l'entoure et modifia à jamais le destin du système.

"Lors de mes recherches, j'ai été frappée par la particularité de ce système", explique Abigail Frost, astronome à l'ESO au Chili et autrice principale de l'étude publiée aujourd'hui dans Science. Le système, HD 148937, est situé à environ 3800 années-lumière de la Terre, dans la direction de la constellation Norma. Elle est composée de deux étoiles beaucoup plus massives que le Soleil et entourée d'une magnifique nébuleuse, un nuage de gaz et de poussières. "Une nébuleuse entourant deux étoiles massives est une rareté, et cela nous a donné l'impression que quelque chose de cool devait s'être produit dans ce système. Au fur et à mesure que nous examinions ces données, cette impression n'a fait que croître".

"Après une analyse détaillée, nous avons pu déterminer que l'étoile la plus massive semble beaucoup plus jeune que son compagnon, ce qui n'est pas logique puisqu'elles auraient dû se former en même temps !" explique Abigail Frost. La différence d'âge - une étoile semble être au moins 1,5 million d'années plus jeune que l'autre - suggère que quelque chose a dû rajeunir l'étoile la plus massive.

Une autre pièce du puzzle est la nébuleuse qui entoure les étoiles, connue sous le nom de NGC 6164/6165. Elle est âgée de 7 500 ans, soit des centaines de fois plus jeune que les deux étoiles. La nébuleuse présente également de très grandes quantités d'azote, de carbone et d'oxygène, ce qui est surprenant, car ces éléments sont normalement attendus à l'intérieur d'une étoile, et non à l'extérieur ; c'est comme si un événement violent les avait libérés.

Pour élucider ce mystère, l'équipe a rassemblé neuf années de données provenant des instruments PIONIER et GRAVITY, tous deux installés sur le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l'ESO, situé dans le désert d'Atacama au Chili. Ils ont également utilisé des données d'archives de l'instrument FEROS à l'observatoire de La Silla de l'ESO.

"Nous pensons que ce système avait au moins trois étoiles à l'origine ; deux d'entre elles devaient être proches à un moment donné de l'orbite, tandis qu'une autre étoile était beaucoup plus éloignée", explique Hugues Sana, professeur à la KU Leuven, en Belgique, et principal responsable des observations. "Les deux étoiles internes ont fusionné de manière violente, créant une étoile magnétique et rejetant de la matière, ce qui a donné naissance à la nébuleuse. L'étoile la plus éloignée a formé une nouvelle orbite avec l'étoile nouvellement fusionnée, devenue magnétique, créant ainsi la binaire que nous voyons aujourd'hui au centre de la nébuleuse".

"Le scénario de la fusion me trottait déjà dans la tête en 2017 lorsque j'étudiais les observations de nébuleuses obtenues avec le télescope spatial Herschel de l'Agence Spatiale Européenne", ajoute le coauteur Laurent Mahy, actuellement chercheur senior à l'Observatoire royal de Belgique. "La découverte d'une différence d'âge entre les étoiles suggère que ce scénario est le plus plausible, et ce n'est qu'avec les nouvelles données de l'ESO qu'il a été possible de le démontrer. "

Ce scénario explique également pourquoi l'une des étoiles du système est magnétique alors que l'autre ne l'est pas - une autre caractéristique particulière de HD 148937 repérée dans les données du VLTI.

En même temps, elle contribue à résoudre un mystère de longue date en astronomie : comment les étoiles massives obtiennent leurs champs magnétiques. Si les champs magnétiques sont une caractéristique commune des étoiles de faible masse comme notre soleil, les étoiles plus massives ne peuvent pas maintenir des champs magnétiques de la même manière. Pourtant, certaines étoiles massives sont bel et bien magnétiques.

Les astronomes soupçonnaient depuis un certain temps que les étoiles massives pouvaient acquérir des champs magnétiques lors de la fusion de deux étoiles. Mais c'est la première fois que des chercheurs trouvent une preuve directe de ce phénomène. Dans le cas de HD 148937, la fusion a dû se produire récemment. "Le magnétisme dans les étoiles massives ne devrait pas durer très longtemps par rapport à la durée de vie de l'étoile, il semble donc que nous ayons observé cet événement rare très peu de temps après qu'il se soit produit", ajoute Abigail Frost.

L’Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO, actuellement en construction dans le désert chilien d'Atacama, permettra aux chercheurs de comprendre plus en détail ce qui s'est passé dans le système, et peut-être de révéler d'autres surprises.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article intitulé "A magnetic massive star has experienced a stellar merger" (Une étoile magnétique massive a connu une fusion stellaire) à paraître dans Science (www.science.org/doi/10.1126/science.adg7700). L'article sera publié par Science en version imprimée le vendredi 12 avril 2024, et sera mis en ligne à 14h00, heure de l'Est des États-Unis, le jeudi 11 avril 2024 (20h00 CEST). Pour obtenir la version finale de l'article sous embargo, veuillez consulter https://www.eurekalert.org/press/scipak/ ou contacter scipak@aaas.org pendant la durée de l'embargo.
Ce projet a été financé par le Conseil européen de la recherche (CER) dans le cadre du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne (convention de subvention numéro 772225 : MULTIPLES ; PI : Hugues Sana).
L'équipe est composée de A. J. Frost (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile] and Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgium [KU Leuven]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Royal Observatory of Belgium, Belgium and KU Leuven), G. Wade (Department of Physics & Space Science, Royal Military College of Canada, Canada [RMC Space Science]), J. Barron (Department of Physics, Engineering & Astronomy, Queen’s University, Canada and RMC Space Science), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes, Centre national de la Recherche Scientifique, Institute de Planétologie et d’Astrophyisique de Grenoble, France), A. Mérand (European Southern Observatory, Garching, Germany [ESO]), F. R. N. Schneider (Heidelberger Institut für Theoretische Studien, Germany and Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Germany), T. Shenar (The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israel and KU Leuven), R. H. Barbá (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), D. M. Bowman (School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University, UK and KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), A. Farhang (School of Astronomy, Institute for Research in Fundamental Sciences, Iran), P. Marchant (KU Leuven), N. I. Morrell (Las campanas Observatory, Carnegie Observatories, Chile) and J. V. Smoker (ESO Chile and UK Astronomy Technology centre, Royal Observatory, UK).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que des télescopes de sondage tel que VISTA. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

Liens

• L'article scientifique (preprint ; pour la version finale de l'article sous embargo, veuillez consulter le site suivant https://www.eurekalert.org/press/scipak/ ou contacter scipak@aaas.org tant que dure l'embargo)
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Contacts

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Santiago, Chile
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Courriel: Abigail.Frost@eso.org

Hugues Sana
KU Leuven
Leuven, Belgium
Tél: +32 479 50 46 73
Courriel: hugues.sana@kuleuven.be

Laurent Mahy
Royal Observatory of Belgium
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Tél: +32 476 23 60 06
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Lê Binh San PHAM
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso2407.