Crédit d'image: ESO
À l'aide du Very Large Telescope de l'ESO à Paranal et d'une suite de télescopes terrestres et spatiaux dans une étude de quatre ans, une équipe internationale d'astronomes a mesuré pour la première fois la masse d'une étoile ultra-cool et de sa naine brune compagnon . Les deux étoiles forment un système binaire et tournent autour d'elles en 10 ans environ.
L'équipe a obtenu des images proche infrarouge haute résolution; au sol, ils ont vaincu l'effet de flou de l'atmosphère terrestre au moyen de techniques d'optique adaptative. En déterminant précisément l'orbite projetée sur le ciel, les astronomes ont pu mesurer la masse totale des étoiles. Des données supplémentaires et une comparaison avec des modèles stellaires donnent ensuite la masse de chacun des composants.
La plus lourde des deux étoiles a une masse d'environ 8,5% de la masse du Soleil et son compagnon nain brun est encore plus léger, seulement 6% de la masse solaire. Les deux objets sont relativement jeunes avec un âge d'environ 500 à 1 000 millions d'années.
Ces observations représentent une étape décisive vers l'étalonnage encore manquant des modèles d'évolution stellaire pour les étoiles de très faible masse.
Numéro de téléphone star
Même si les astronomes ont trouvé plusieurs centaines d'étoiles de très faible masse et de naines brunes, les propriétés fondamentales de ces objets extrêmes, telles que les masses et les températures de surface, ne sont pas encore bien connues. Au sein du zoo cosmique, ces étoiles ultra-fraîches représentent une classe d'objets «intermédiaires» entre des planètes géantes - comme Jupiter - et des étoiles «normales» moins massives que notre Soleil, et bien les comprendre est donc crucial pour le domaine de l'astrophysique stellaire .
Le problème avec ces étoiles ultra-fraîches est que contrairement aux étoiles normales qui brûlent de l'hydrogène dans leur noyau central, aucune relation unique n'existe entre la luminosité de l'étoile et sa masse. En effet, les luminosités et les températures de surface des étoiles naines ultra-fraîches dépendent à la fois de leur âge et de leur masse. Un nain ultra-froid un peu plus âgé et plus massif peut donc avoir exactement la même température qu'un plus jeune, moins massif.
C'est donc un objectif fondamental de l'astrophysique moderne que d'obtenir indépendamment les masses d'une étoile naine ultra-froide. Ceci est en principe possible en étudiant de tels objets qui sont membres d'un système binaire.
C'est précisément ce qu'une équipe internationale d'astronomes a fait dans une étude de quatre ans sur un système stellaire binaire avec une étoile naine ultra-cool, en utilisant une pléthore d'installations télescopiques de haut niveau, y compris le très grand télescope d'ESO, ainsi que Keck Moi et Gemini North à Hawaï et aussi le télescope spatial Hubble. Ce système - avec le nom de numéro de téléphone 2MASSW J0746425 + 2000321 - est situé à une distance de 40 années-lumière.
Les astronomes ont utilisé l'imagerie à haute résolution angulaire pour voir les deux étoiles dans le système binaire et mesurer leur mouvement sur une période de quatre ans. Cependant, cela est plus facile à dire qu'à faire, car la séparation sur le ciel entre les deux étoiles est assez petite: entre 0,13 et 0,22 secondes d'arc. Cela correspond à la taille d'une pièce de 1 euro, vue à une distance d'environ 25 km.
Cette séparation est si petite qu'il n'est normalement pas possible de différencier les deux étoiles en raison de l'effet de flou des turbulences atmosphériques (le «voir»). Il est donc nécessaire d'utiliser la technique de l'optique adaptative. Cette merveilleuse méthode est basée sur la mesure de la qualité de l'image en temps réel et l'envoi de signaux correctifs correspondants jusqu'à 100 fois par seconde à un petit miroir déformable, situé devant le détecteur. Comme le miroir modifie continuellement sa forme, l'effet perturbateur de la turbulence est neutralisé. Appliquée au VLT, cette technique a abouti à des images au moins dix fois plus nettes que le «voir» et qui montrent donc bien plus de détails dans les objets observés.
Au Very Large Telescope, les astronomes ont utilisé l'instrument NACO d'optique adaptative à la pointe de la technologie. Dit Herv? Bouy, principal auteur de l'article présentant les résultats décrits ici: «NACO offre la possibilité de travailler dans l'infrarouge et est donc idéalement adapté à l'étude des étoiles ultra-froides, qui émettent la majeure partie de leur lumière dans cette gamme de longueurs d'onde. Avec la combinaison de la haute efficacité du NACO et du VLT, et les excellentes conditions atmosphériques régnant à Paranal, nous avons pu obtenir des images très nettes de ce système stellaire binaire, presque aussi bonnes que si le télescope était situé dans l'espace. »
Ultra-cool et au régime
Au cours de leur étude de quatre ans, sept positions relatives différentes des deux composants du système binaire ont été mesurées et Herv? Bouy et ses collègues ont pu déterminer avec une bonne précision les orbites stellaires. Ils constatent que les deux étoiles tournent l'une autour de l'autre tous les 10 ans et que leur séparation physique n'est que de 2,5 fois la distance de la Terre au Soleil - comme disent les astronomes, 2,5 unités astronomiques. En utilisant les lois de Kepler, il est alors simple de dériver la masse totale du système. La valeur obtenue est inférieure à 15% de la masse du Soleil.
Les astronomes ont ensuite utilisé les données photométriques de chaque étoile obtenues dans plusieurs bandes de fréquences, ainsi que les spectres obtenus avec le télescope spatial Hubble pour étudier plus en détail les deux objets. En utilisant les derniers modèles stellaires du groupe de l'Ecole Normale Supérieure de Lyon, ils ont constaté que les deux étoiles ont à peu près la même température de surface, autour de 1500 ° C (1800 K). Pour une étoile, c'est vraiment très cool - en comparaison, la température de surface du Soleil est plus de trois fois plus élevée.
À l'aide de modèles théoriques, l'équipe a également constaté que les deux étoiles sont plutôt jeunes (en termes astrophysiques) - leur âge est compris entre 500 et 1 000 millions d'années seulement. Le plus massif des deux a une masse comprise entre 7,5 et 9,5% de la masse du Soleil, tandis que son compagnon a une masse comprise entre 5 et 7% de la masse solaire.
Les objets pesant moins d'environ 7% de notre Soleil ont été diversement appelés «naines brunes», «étoiles ratées» ou «super planètes». En effet, comme ils n'ont pas de génération d'énergie soutenue par des réactions nucléaires thermiques à l'intérieur, nombre de leurs propriétés sont plus similaires à celles des planètes gazeuses géantes de notre propre système solaire comme Jupiter, qu'à des étoiles comme le Soleil.
Le système 2MASSW J0746425 + 2000321 est donc apparemment composé d'une naine brune en orbite autour d'une étoile naine ultra-cool un peu plus massive. C'est une véritable «pierre de Rosette» dans le nouveau domaine de l'astrophysique stellaire de faible masse et d'autres études fourniront sûrement des informations plus précieuses sur ces objets dans la zone de transition entre les étoiles et les planètes.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
