28/07/2016

L'étoile naine qui bombarde sa compagne


Des astronomes viennent de découvrir un nouveau type d’étoile binaire, où une étoile naine blanche en rotation rapide tourne autour d’une naine rouge en lui projetant dessus un faisceau de particules et de rayonnement, ce qui produit un flash périodique visible depuis les UV jusqu’aux ondes radio. Un cas unique.



C’est un peu grâce à des astronomes amateurs que cette étoile binaire au comportement très étonnant a pu être étudiée en détails. En mai 2015, des astronomes amateurs européens se sont en effet penchés sur le cas de AR Scorpii (AR Sco), étoile variable périodique connue depuis 40 ans, dans le cadre d’un programme initié en collaboration avec des astronomes professionnels de l’Université de Warwick. Ils ont eu l’opportunité d’exploiter des images de nombreux télescopes parmi les plus performants du monde : les télescopes spatiaux Hubble et Swift, le Very Large Telescope de l’ESO, les télescopes Herschel et Newton aux Canaries, et le Australia Telescope Compact Array.
AR Sco est un système binaire proche, situé à seulement 380 années-lumière. La naine blanche est d’environ la taille de la Terre avec la masse du Soleil, tandis que la naine rouge est plus volumineuse, mais moins massive (environ 0,3 masse solaire). Les deux étoiles se tournent autour l’une de l’autre en seulement 3,56 heures. Ce qui rend ce système binaire si étonnant, c’est l’émission électromagnétique qu’il produit : une pulsation périodique de lumière dans de très nombreuses longueurs d’ondes, allant des ultra-violets jusqu’aux ondes radio. La période de ces émissions est différente de la période orbitale du couple, beaucoup plus courte : 1,97 minutes très exactement. Cette période de pulsation semble associée à la rotation rapide de la naine blanche sur elle-même, mais l’émission de lumière semble produite par la naine rouge par une interaction de rayonnement synchrotron sur son enveloppe. Les pulses sont si intenses que le flux de lumière peut croître d’un facteur 4 en seulement 30 secondes. Ce phénomène est unique.



Les astrophysiciens ont donc cherché à comprendre l’origine d’un tel comportement. Il se trouve que la naine blanche est très fortement magnétisée et en rotation rapide sur elle-même. De fait, le scénario qu’ont établi les chercheurs est le suivant : avec son champ magnétique en rotation, la naine blanche accélère des électrons jusqu’à une vitesse proche de la vitesse de la lumière ; ces électrons produisent ce qu’on appelle un rayonnement synchrotron (rayons X) lorsqu’ils sont défléchis, qui apparaît alors émis par la naine blanche à la manière d’un fin faisceau en rotation, comme ce qui existe souvent avec les étoiles à neutrons (les pulsars). Mais la naine rouge compagne est très proche de la naine blanche et se retrouve donc balayée périodiquement par le faisceau de particules et de rayonnement X. Lorsque la naine rouge compagne est impactée par le faisceau de la naine blanche, un flash de lumière se produit à sa surface, et dans toutes les longueurs d’ondes.

Le processus de l’émission électromagnétique de AR Sco est à peu près bien compris, mais là où cela devient intriguant, c’est que les astronomes n’ont aucune idée précise quant à l’origine des électrons qui sont accélérés par la naine blanche. Ils ne savent pas s’ils proviennent initialement de la naine blanche elle-même ou bien de la naine rouge.
Une piste alternative proposée par Tom Marsh et ses collaborateurs serait que le champ magnétique de la naine blanche interagirait directement avec l’enveloppe de la naine rouge pour y accélérer des électrons in situ… Il ne reste plus qu’à essayer de trouver d’autres cas similaires pour tenter de mieux comprendre ce qui se passe dans de tels systèmes.


Source :

A radio-pulsing white dwarf binary star
T. R. Marsh et al.
Nature online (27 july 2016)

Illustration : Vue d'artiste du système AR Scorpii (M. Garlick / University of Warwick / ESO)

Vidéo : le système AR Sco, émettant avec une période égale à la période de rotation sur elle-même de l'étoile naine blanche. (ESO)

2 commentaires :

Marcellus Wallace a dit…

Si la naine blanche est 3 fois plus lourde que la naine rouge, n'est-il pas plus adéquat de dire que c'est la naine rouge qui tourne autour de la blanche ?

Dr Eric SIMON a dit…

Non, ce n'est pas uniquement la masse des étoiles qui compte mais aussi leur distance. Les étoiles tournent autour du barycentre du système. Le barycentre peut se retrouver à l'intérieur de l'une des deux étoiles (dans ce cas on peut dire que l'autre lui tourne autour), ou bien le barycentre se situe entre les deux étoiles, et là les deux tournent autour de ce centre de masse.