Eta Carinae : observation d'une variabilité incomprise du flux gamma entre périastres successifs

On ne présente plus Eta Carinae, ce couple d'étoiles très massives en interaction étroite qui est plongée dans l'épaisse nébuleuse de l'Homoncule. En 2008, on a détecté des rayons X non thermiques en provenant et l'année suivante en 2009, ce furent des rayons gamma énergétiques, coïncidant avec le passage au plus proche des deux étoiles. Une nouvelle étude s'est penchée dans les données d'archives du télescope gamma Fermi-LAT des 12 dernières années et analyse l'évolution de l'émission gamma couvrant deux périodes de rotation du couple et trois passages au périastre, là où le rayonnement gamma est le plus intense. L'étude est publiée dans Astronomy&Astrophysics.

Découverte de deux éruptions anciennes du monstre Eta Carinae

C'est une bien jolie découverte, inopinée, que vient de faire une jeune astrophysicienne de l'Université de l'Arizona : Eta Carinae, étoile géante massive connue pour avoir subi une forte éruption vers 1840 a en fait connu deux autres éruptions du même type, au 13ème et au 16ème siècles...

Découverte de 5 étoiles semblables à la mystérieuse Eta Carinae

L’étoile Eta Carinae n’est pas une étoile comme les autres. C’est un mystère, un mystère qui fascine les astronomes depuis le 19^ème siècle.

Eta Carinae est composée de deux étoiles qui se tournent autour en 5,5 ans. La plus grosse est énorme, elle pèse plus de 90 fois la masse du Soleil, et se trouve être incroyablement instable. Une grosse nébuleuse gazeuse formant deux gros lobes (la nébuleuse de l’Homoncule), elle-même plongée dans une autre masse de gaz (la nébuleuse d’êta Carinae) entoure l’ensemble. Lorsque sa petite compagne se rapproche au plus près d’elle, comme c’est le cas en ce moment, l’interaction entre les deux étoiles produit des changements brutaux dans l’émission à haute énergie du système. 

Eta Carinae (NASA/ESA)

Eta Carinae est située à environ 7500 années-lumière de la Terre dans la constellation australe de la Carène. Elle est 5 millions de fois plus brillante que le soleil. C'est en 1838 que Eta Carinae a vraiment fait parler d'elle quand eut lieu ce qui fut appelé par la suite la "Grande Eruption", une brutale explosion qui fit de Eta Carinae la deuxième étoile la plus brillante du ciel pour une dizaine d'années avant de voir son éclat s'affaiblir lentement. Les astronomes estiment que c'est cette éruption qui aurait expulsé environ dix fois la masse du soleil et qui serait l'origine de l'apparition de la nébuleuse de l'Homoncule bien visible aujourd'hui.

Mais alors que Eta Carinae est sans aucun doute l'étoile massive la plus étudiée, aucun astronome ne parvient encore à expliquer le fonctionnement de ce système binaire hors norme et notamment ce qui s'est exactement passé lors de la grande éruption. Cette éruption et ce qu'elle a laissée derrière elle n'existe pas dans les modèles d'évolution des étoiles massives tels qu'ils sont développés par les astrophysiciens depuis des décennies...

C'est en fait l'unicité de Eta Carinae qui en fait un sujet difficile à comprendre. Car Eta Carinae est un cas unique dans notre galaxie, du moins de ce que nous en connaissons. C'est donc devenu un but essentiel pour les astrophysiciens d'essayer de trouver d'autres specimens semblables à Eta Carinae pour tenter de dresser des points communs et pouvoir comprendre enfin ce que sont ces étoiles étranges. Mais voilà, ces types d'étoiles très massives sont rares, notamment parce qu'elles sont très instables et ont généralement une durée de vie courte, de l'ordre de 10 millions d'années. Observer une éruption du type de la Grande Eruption, qui est déjà rare en soi , sur des étoiles rares n'est pas chose aisée...

Des astrophysiciens se sont tout de même lancés dans cette recherche après avoir mesuré le spectre infra-rouge de Eta Carinae et ont cherché dans les vastes catalogues enregistrés par les télescopes spatiaux Spitzer et Hubble des étoiles montrant des spectres similaires. Rubab Khan, du Goddard Space Flight Center de la NASA et ses collaborateurs viennent ainsi d'annoncer la découverte de 5 étoiles jumelles de Eta Carinae situées dans des galaxies voisines. Ils ont scanné pour leur recherche quatre galaxies proches et bien connues des amateurs  : M83, NGC 6946, M101 et M51, qui sont toutes situées entre 15 millions et 26 millions d'années-lumière. Ils ont sélectionné ces galaxies pour leur taux élevé de formation d'étoiles, laissant penser qu'elles pourraient posséder de nombreuses étoiles massives.

La galaxie M83 imagée par Hubble avec la localisation
de 2 des 5 étoiles similaires à Eta Carinae
(NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
et R. Khan (GSFC and ORAU))

Parmi ces cinq jumelles d'Eta Carinae trouvées, deux se trouvent dans M83 et les trois autres dans chacune des autres galaxies étudiées. Toutes ces étoiles massives apparaissent masquées derrière un épais nuage de gaz et de poussières de 5 à 10 masses solaires ayant une température de plusieurs centaine de degrés, tout à fait similaire à ce que l'on observe dans le système d'Eta Carinae.

Les astrophysiciens devraient enfin pouvoir commencer à répondre aux questions soulevées par Eta Carinae : "Est-ce que toutes les étoiles très massives perdent de grosses quantités de matière lorsqu'elles vieillissent ?", "Comment perdent-elles cette matière ? Par une seule grosse éruption ou bien une série de petites éruptions ?" "Quel est le rôle exact du vent solaire dans ces étoiles ?" Et surtout : "Combien de temps vivent-elles après de telles éruptions géantes, avant de finir en supernovas de type II en laissant derrière elles un trou noir ?".

Toutes ces questions pourront plus facilement trouver des réponses maintenant que Eta Carinae n'est plus seule dans le bestiaire des étoiles hors du commun. Ces nouvelles venues vont pouvoir être observées très attentivement par les télescopes de nouvelle génération, notamment par le successeur de Hubble qui sera idoine pour cela : le télescope James Webb, dont le miroir est en cours d'assemblage et qui devrait entrer en scène en 2018. Et bien évidemment, les astrophysiciens vont poursuivre leur quête pour trouver encore d'autres candidates semblables à Eta Carinae dans d'autres galaxies, histoire de mieux cerner si les conditions physiques de la galaxie hôte peut jouer un rôle sur le devenir de ces drôles d'étoiles.

Cette étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters a été présentée lors de la 227ème réunion de l'American Astronomical Society la semaine dernière.

Source : 

Discovery of five candidate analogs for η Carinae in nearby galaxies 

Rubab Khan et al.

The Astrophysical Journal Letters, Volume 815, Number 2 (11 december 2015)

http://dx.doi.org/10.1088/2041-8205/815/2/L18

Eta Carinae expliquée

Eta Carinae est un système d'étoiles hors normes. Une équipe américaine est parvenue à en savoir un peu plus sur la structure interne de ce système qui cache deux étoiles géantes. Je me suis amusé pour l'occasion à créer les sous-titres en français de leur vidéo de présentation... Regardez donc (vous pouvez couper le son si vous le souhaitez).

Le Mystère Eta Carinae

L’étoile binaire êta Carinae n’est pas une étoile comme les autres. C’est un mystère, un mystère qui fascine les astronomes depuis le 19^ème siècle.

Eta Carinae est composée de deux étoiles qui se tournent autour en 5,5 ans. La plus grosse est énorme, elle pèse 90 fois la masse du Soleil, et se trouve être incroyablement  instable. Une grosse nébuleuse gazeuse formant deux gros lobes (la nébuleuse de l’Homoncule), elle-même plongée dans une autre masse de gaz (la nébuleuse d’êta Carinae) entoure l’ensemble. Lorsque sa petite compagne se rapproche au plus près d’elle, comme c’est le cas en ce moment, l’interaction entre les deux étoiles produit des changements brutaux dans l’émission à haute énergie du système.

Eta Carinae (NASA/ESA)

Les astronomes sont actuellement en train de scruter attentivement êta Carinae, visible dans l’hémisphère sud, dans l’espoir de comprendre ce qui se passe vraiment au cœur de cette étoile étrange. Dans les années 1840, êta Carinae a produit une énorme éruption, produisant une forte variation de luminosité, faisant d’elle l’une des étoiles les plus brillantes du ciel (et probablement formant les lobes gazeux de l’Homoncule), puis elle s’est apaisée durant une centaine d’années pour se réveiller ces dernières décennies, avec toutefois un nouveau sursaut de luminosité en 1890.

Eta Carinae est dans un état extrêmement instable et nous ne savons toujours pas pourquoi aujourd’hui. Une partie de la réponse à ces questions viendra peut-être dans les semaines qui viennent. Une étude parue en 2013 dans les Notices of the Royal Astronomical Society a montré que quand l’étoile secondaire d’êta Carinae (la petite) passe à proximité de la grosse, ses vents stellaires rapides creusent une sorte de vaste trou à l’intérieur des couches externes de l’étoile primaire. Si c’est bel et bien le cas, vu l’endroit où se trouve l’étoile secondaire, c’est ce mois-ci qu’une série d’événements devraient avoir lieu, comme par exemple une forte augmentation de rayons X après la chute qui a pu être observée depuis la mi-juillet.

L’étude de êta Carinae a une portée bien plus grande que la connaissance d’une étoile bizarre, comprendre ses secrets peut permettre de mieux appréhender comment fonctionnaient les toutes premières étoiles de l’Univers, les étoiles de première génération. Car en effet, êta Carinae, par sa masse, ressemble à s’y méprendre à une étoile de l’Univers ancien (d’il y a 10 milliards d’années), alors qu’elle se trouve seulement à 7500 années-lumière de nous… Les étoiles de l’Univers d’aujourd’hui dans notre voisinage sont beaucoup plus légères qu’êta Carinae.

Aux environs du 15 août, la petite étoile compagne doit passer au plus près de l’étoile géante, à une distance aussi faible que la distance séparant le soleil de Mars. Plusieurs observatoires sont d’ores et déjà sur le pont.

Le télescope spatial Hubble est également mis à contribution, notamment pour déceler une éventuelle variation de la composition chimique de l’étoile via l’observation de son spectre lumineux. L’interaction entre les deux compagnes peut produire l’arrachage d’électrons sur des éléments comme le fer ou l’hélium, les ionisant de manière très inhabituelle par rapport à ce que l’on connait. Le suivi dans le temps de la quantité de ces ions permet de déterminer le comportement des vents stellaires à l’origine de leur production.

En 2009, lors de son dernier rapprochement, le système êta Carinae subit une forte décroissance de rayons X suivie d’une puissante remontée en deux fois moins de temps que ce qui avait été observé la fois précédente en 2003. Cette différence est imputée à un possible ralentissement des vents stellaires de l’étoile primaire au cours du temps. Les astronomes espèrent ainsi cette année voir le rebond de rayons X encore plus rapide, ce qui signerait la poursuite du ralentissement des vents stellaires de l’étoile.

Les astrophysiciens désirent vraiment voir des variations de tels phénomènes sur des durées de quelques années, ce qui est possible ici, la seule façon d’essayer d’y comprendre quelque chose à cet objet hors du commun.

Source :

Binary star to spill celestial secrets

Alexandra Witze

Nature 512, 13–14 (07 August 2014)