lundi 22 février 2016

Les étoiles binaires peuvent fournir les photons manquants pour la réionisation de l'Univers

Une nouvelle étude vient de trouver une explication pour la réionisation de l'Univers. Le modèle était semble-t-il trop simpliste, il fallait y intégrer que les premières étoiles étaient le plus souvent formées en couples, et ça change tout. 



Les premières étoiles sont nées environ 200 à 300 millions d'années après la singularité initiale dans un Univers sombre peuplé de gaz neutre. C'est le rayonnement de ces premières étoiles dans les toutes premières galaxies, qui a réionisé le milieu intergalactique pour former le milieu que nous connaissons aujourd'hui, un Univers peuplé d'hydrogène ionisé transparent à la lumière, là où il n'est pas "vide". Depuis que les chercheurs ont compris ce mécanisme, il subsistait un gros problème vis à vis du modèle théorique élaboré : il n'y avait visiblement pas assez d'étoiles primordiales ou en tout cas pas suffisamment de rayonnement UV susceptible de pouvoir sortir des galaxies pour avoir ionisé la totalité de l'Univers 800 millions d'années après la singularité. 

Exemple de système binaire
(J. Maiz Apellaniz, IAA/NASA/ESA/STScI/Science Photo Library).
Les modèles des galaxies jeunes, associés à des observations de galaxies proches, indiquaient que la fraction de photons UV s'échappant des galaxies n'était que de l'ordre de 1% (les 99 autres pourcents ne parvenant pas à sortir du gaz neutre galactique) alors qu'il faudrait qu'elle soit de 20% pour expliquer la complète réionisation du milieu intergalactique.
Les astrophysiciens pensaient que le déficit observé provenait du fait que les étoiles primordiales à l'origine de ce rayonnement ionisant sont des étoiles massives qui ne vivent donc pas longtemps. Elles n'auraient alors pas le temps de produire suffisamment de lumière UV qui parviendrait à transpercer le gaz de leur galaxie hôte et permettre ensuite à d'autres photons UV ultérieurs de pouvoir sortir aisément de la galaxie. 
Mais les chercheurs américains emmené par Xiangcheng Ma (California Institute of Technology) viennent de redécouvrir un élément connu mais qui se trouve finalement avoir des implications importantes vis à vis du rayonnement ionisant : les premières étoiles se formaient pour la majorité d'entre elles en couples. Or, depuis la construction des premiers modèles de réionisation par ces étoiles primordiales, l'existence de couples d'étoiles n'avait pas été pris en compte à cause de la complexité accrue que cela induisait pour les évaluations.

Quand ils reprennent les calculs cette fois-ci en considérant l'effet des étoiles binaires, les astrophysiciens obtiennent une fraction d'échappement de la lumière UV d'environ 20% : exactement ce qu'il faut pour expliquer le processus de réionisation!  
Le phénomène qui a lieu est qu'une étoile possédant une compagne peut lui accaparer de la matière lorsqu'elle est très proche d'elle, et cela a pour effet d'allonger la durée de vie de cette compagne devenue plus légère. Cette dernière peut alors émettre beaucoup plus de rayonnement UV ionisant, sur une plus longue durée. Pour arriver à ces résultats, les astrophysiciens ont simulé la vie d'une galaxie primordiale à partir de nos meilleures connaissances théoriques sur les étoiles qui s'y formaient.

Cette étude vient donc potentiellement clore le problème sur le plan du modèle théorique, reste maintenant à pouvoir mesurer directement, par l'observation, ces émissions ionisantes des galaxies primordiales. Une quête bien plus difficile encore à laquelle le télescope Webb devrait s'attaquer dès son lancement dans deux ans.

Source : 

Binary Stars Can Provide the "Missing Photons" Needed for Reionization
Xiangcheng Ma et al.
Soumis à Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters
http://arxiv.org/abs/1601.07559