Les astronomes découvrent un rare binaire “Black Widow”, avec l’orbite la plus courte à ce jour
Un troisième compagnon stellaire orbite autour du système et pourrait provenir du centre de la Voie lactée.
Le clignotement d’une étoile proche des astronomes du MIT vers un nouveau système mystérieux à 3 000 années-lumière de la Terre. L’étrangeté stellaire semble être une nouvelle “veuve noire binaire”, une étoile à neutrons en rotation rapide, ou pulsar, encerclant et consommant lentement une petite étoile compagne, comme son nom d’arachnide le fait pour sa compagne.
Les astronomes connaissent environ deux douzaines de binaires de veuve noire dans la Voie lactée. Ce nouveau candidat, appelé ZTF J1406 +1222, à la période orbitale la plus courte jamais reconnue, avec le pulsar et les étoiles compagnes qui se tournent toutes les 62 minutes. Le système est unique, car il apparaît héberger une 3ᵉ étoile lointaine qui orbite autour des deux étoiles internes tous les 10 000 ans.
Cette triple veuve noire très probable soulève des questions sur la façon dont un tel système aurait pu être créé. Le groupe du MIT suggère une histoire de départ basée sur ses observations : comme la plupart des binaires de la veuve noire, le système triple s’est probablement produit à partir d’une constellation dense de vieilles étoiles appelées amas globulaires. Cette collection particulière a peut-être dérivée vers le centre de la Voie lactée, où la gravité du trou noir central a suffi à séparer l’amas tout en supprimant la triple veuve noire intacte.
Naissance d’un star system
« C’est un scénario de naissance complexe », déclare Kevin Burdge, boursier postdoctoral Pappalardo au département de physique du MIT. “Ce système flotte peut-être dans la Voie lactée depuis plus longtemps que le soleil ne l’entoure.”
Burge est l’auteur d’une étude publiée aujourd’hui dans Nature qui détaille la découverte du groupe. Les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode pour détecter le triple système. Alors que la plupart des binaires de la veuve noire sont localisés grâce au rayonnement gamma et aux rayons X émis par le pulsar central, l’équipe a utilisé la lumière visible, en particulier le clignotement de l’étoile sœur du binaire, pour détecter ZTF J1406 +1222.
Burge dit : “Ce système est exceptionnel pour les veuves noires puisque nous l’avons trouvé avec la lumière visible, et en raison de son grand compagnon, et du simple fait qu’il vient du centre galactique.” « Il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas à ce sujet. Cependant, nous avons une nouvelle façon de rechercher ces systèmes dans le ciel.
Les co-auteurs de l’étude de recherche sont des collaborateurs de plusieurs institutions, dont l’Université de Warwick, Caltech, Maryland, Washington et l’Université McGill.
Nuit et jour
Les pulsars alimentent les binaires de la veuve noire, faisant tourner rapidement les étoiles à neutrons qui sont les noyaux effondrés des étoiles géantes. Les pulsars ont une période de rotation vertigineuse, tournant toutes les quelques millisecondes et libérant des éclairs de rayons gamma et X à haute énergie dans le processus.
Habituellement, les pulsars ralentissent et meurent rapidement, car ils consomment une quantité importante d’énergie. Néanmoins, périodiquement, une étoile qui passe peut donner une nouvelle vie à un pulsar. À l’approche d’une étoile, la gravité du pulsar enlève le matériau de l’étoile, ce qui fournit une nouvelle puissance pour faire remonter le pulsar. Le pulsar « recyclé » commence ensuite à reradier de l’énergie qui dépouille davantage l’étoile et la détruit.
« Les veuves noires sont le nom du système parce que le type de pulsar consomme la choisi qui l’a recyclé, de la même manière que l’araignée consomme son compagnon », explique Burdge.
À ce jour, chaque binaire de veuve noire a été identifié grâce aux flashs gamma et X du pulsar. Initialement, Burdge a rencontré ZTF J1406 +1222 à travers le clignotement optique de l’étoile compagnon.
Le côté jour de l’étoile compagne : le côté rencontrant perpétuellement le pulsar peut être plus chaud que son côté nuit en raison du rayonnement constant à haute énergie qu’il
« J’ai supposé qu’au lieu de chercher le pulsar, essayez de chercher l’étoile qui cuit », explique Burdge.
Il a révélé que si les astronomes observaient une étoile dont l’illumination se transformait périodiquement de manière significative, ce serait un signal puissant indiquant qu’elle restait en binaire avec un pulsar.
Mouvement étoile
Pour tester cette théorie, Burdge et ses partenaires ont parcouru les données optiques par le Zwicky Transient Facility, un observatoire situé en Californie qui prend des images à grand champ du ciel nocturne. L’équipe a étudié la luminosité de l’étoile pour voir si certaines changeaient radicalement d’un facteur de 10 ou plus, sur une échelle de temps d’environ une heure ou moins – des indications qui indiquaient la présence d’une étoile compagne en orbite autour d’un pulsar.
Le groupe a pu sélectionner la douzaine de binaires de veuve noire connus, confirmant la précision de la nouvelle technique. Ils ont ensuite détecté une étoile dont la luminosité était modifiée d’un facteur 13 toutes les 62 minutes, indiquant qu’elle faisait peut-être partie d’un nouveau binaire de veuve noire, qu’ils ont baptisé ZTF J1406 +1222.
À la recherche du binaire de la veuve noire
Ils ont cherché l’étoile dans les observances prises par Gaia, un télescope spatial géré par l’Agence spatiale européenne qui conserve les dimensions exactes du placement et du mouvement des étoiles dans le ciel. Rappelant des mesures d’étoiles vieilles de plusieurs décennies du Sloan Digital Sky Survey, le groupe a découvert qu’une autre étoile lointaine acheminait le binaire. Cette troisième étoile semblait orbiter autour du binaire interne tous les 10 000 ans, à en juger par leurs calculs.
Curieusement, les astronomes n’ont pas identifié directement les émissions gamma ou de rayons X du pulsar dans le binaire, la manière typique de confirmer les veuves noires. ZTF J1406 +1222, par conséquent, est considéré comme candidat binaire de veuve noire, ce que l’équipe espère vérifier avec de futures observations.
« Nous comprenons que nous voyons une étoile avec un côté jour beaucoup plus chaud que le côté nui, en orbite autour de quelque chose choisi toutes les 62 minutes », déclare Burdge. “Tout parait indiquer qu’il s’agit d’un binaire de veuve noire. Cependant, il a quelques caractéristiques étranges, il est donc possible que ce soit quelque chose de complètement nouveau.
Le groupe prévoit de continuer à observer le nouveau système et d’appliquer la stratégie optique pour éclairer davantage d’étoiles à neutrons et de veuves noires dans le ciel.
Cette étude a été financée en partie par la National Science Foundation.
Lisez l’article original sur MIT News.
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