Les étoiles à baryum sont des étoiles chimiquement particulières qui présentent des abondances accrues d'éléments lourds produits par le processus de capture lente de neutrons, qu'on appelle le processus s. Mais ces étoiles ne sont pas suffisamment évoluées pour subir le processus s dans leur coeur, elles sont donc considérées comme des produits d'interactions binaires.
Les étoiles à baryum se forment lorsqu'une ancienne compagne de la branche géante asymptotique (AGB), devenue une naine blanche, les pollue avec de la matière riche en éléments du processus s par transfert de masse. Sara Vitali, de l'Universidad Diego Portales à Santiago du Chili, et ses collaborateurs ont réussi à caractériser chimiquement deux étoiles géantes à baryum récemment découvertes. Ils publient leurs résultats dans The Astrophysical Journal.
Ces deux étoiles sont nommées J0403+1551 et J1656-2108. Elles ont toutes les deux une masse très proche de celle du Soleil (1,1 et 1,0 masses solaires respectivement) mais une taille beaucoup plus grande (10,3 et 7,6 rayons solaires) et sont plus froide (4938 K et 4831 K).
L'objectif principal des astrophysiciens était de confirmer leur statut d'étoiles à processus s extrinsèques et d'explorer la binarité potentielle et les compagnes naines blanches. Ils ont pour cela obtenu des spectres à haute résolution avec le Very Large Telescope de l'ESO afin de déterminer les propriétés chimiques des cibles. Des études chimiques détaillées des étoiles polluées par le processus s sont utiles pour en savoir plus sur les processus de nucléosynthèse qui ont eu lieu dans leurs anciennes compagnes AGB (devenue naine blanche) et pour contraindre les paramètres liés à l'épisode de transfert de masse entre l'ancienne étoile géante et l'objet pollué actuel. Les analyses spectrales de Vitali et ses collaborateurs leur permettent de mesurer 22 éléments chimiques avec une grande précision (par rapport au fer). La nature binaire des étoiles cibles est aussi étudiée par la variabilité de la vitesse radiale et l'ajustement de la distribution d'énergie spectrale (décalage des raies dans le spectre).
Le processus s est une capture lente de neutrons qui se produit à la fin de la phase de la branche géante asymptotique (AGB), pendant la phase de pulsation thermique, où les impulsions thermiques mélangent la matière du noyau à l'enveloppe d'une étoile géante. Ces éléments lourds formés par capture de neutrons sont l'Yttrium, le Zirconium, le Baryum, le Lanthane, le Cérium, le Praséodyme, et le Néodyme. Bien que le Strontium soit également un élément typique du processus s, les astrophysiciens ne sont pas en mesure de fournir l'abondance de surface en Sr de leurs cibles. En effet, D. Karinkuzhi et al., MP Roriz et al. avaient montré il y a quelques années que les raies spectrales du Sr les plus utiles se situent en dehors de la gamme de longueurs d'onde des spectres obtenus par Vitali et son équipe.
En plus de ces 7 éléments produits par le processus s, Sara Vitali et ses collaborateurs ont également dérivé les abondances individuelles d'un élément du processus r (capture rapide de neutrons) : l'Europium. Des tentatives ont été faites pour détecter d'autres éléments de processus r mais malheureusement, les raies du samarium (Sm), bien que présentes dans les spectres n'étaient pas suffisamment fiables en raison de nombreux mélanges. Et nn ce qui concerne les autres éléments du processus r tels que Dysprosium, Gadolinium, Erbium, Hafnium, Osmium et Iridium, toutes leurs raies spectrales se situent autour ou en dessous de 420 nm, donc en dehors de la plage des spectres de Vitali et ses collaborateurs.
Les deux étoiles géantes apparaissent clairement renforcées dans tous les éléments du processus s et peuvent donc être classées pour la première fois comme des géantes à Baryum. Deux nouvelles étoiles géantes bien étudiées viennent donc s'ajouter à l'échantillon déjà connu d'étoiles à Ba, et qui se trouvent être des étoiles binaires.
Les astrophysiciens observent également un léger excès en Europium, mais moins que dans les éléments du processus s purs, ce qui suggère selon eux que les sources qui les ont polluées étaient des sources de processus s purs.
Les abondances dans ces deux binaires polluées nouvellement découvertes correspondent aux géantes à Ba classiques, elles fournissent des contraintes d'observation nouvelles pour mieux comprendre le processus s dans les étoiles AGB. Il s'agit d'un petit pas en avant dans le domaine, qui nécessite néanmoins des contraintes d'observation supplémentaires pour accroître encore nos connaissances sur la nucléosynthèse et les modèles d'interaction binaire.
Source
Full Abundance Study of Two Newly Discovered Barium Giants
Sara Vitali et al.
The Astrophysical Journal, Volume 975, Number 1 (24 october 2024)
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad77d8
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