Astronomie

Des appariements binaires qui n'ont pas encore été découverts ?

Des appariements binaires qui n'ont pas encore été découverts ?


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Question: Existe-t-il des types d'appariements binaires qui n'ont pas encore été découverts ? Y en a-t-il qui sont particulièrement significatifs, ou qui pourraient faire la lumière sur l'évolution stellaire binaire ou les théories des processus de capture, qui sont recherchés, mais jusqu'à présent aucun exemple n'a été trouvé ou du moins suspecté ?

Par « appariement », j'entends un objet binaire où chacun est une sorte d'étoile ou un trou noir.

Les étoiles peuvent être n'importe quoi, des naines brunes aux étoiles à neutrons. Les trous noirs devraient être très grossièrement comparables aux étoiles en taille. (Je ne parle pas d'une étoile en orbite autour d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie)

Par exemple, des observations récentes d'événements d'ondes gravitationnelles ont suggéré une fusion de deux trous noirs et une fusion d'étoiles à neutrons.


tl; dr Oui, il y a eu des théories, et extrêmement systèmes binaires possibles qui n'ont pas été observés. Une telle chose est un TZO, ou un Thorne-Żytkow_object. Il s'agit d'un binaire géant étoile-rouge à neutrons.


Il existe de nombreux types d'appariements binaires qui n'ont pas encore été découverts, s'ils existent. Une étoile hypothétique est la quasi-étoile, on pourrait dire que c'est un binaire entre un trou noir et une étoile extrêmement massive. Vous pouvez également considérer une étoile Wolf-Rayet, qui peut provenir d'un système binaire. D'autres systèmes binaires incluraient des étoiles théoriques, également connues sous le nom d'étoiles exotiques.

Cependant, je connais un système binaire composé de types réels d'étoiles ou de restes stellaires observés. Ce système est composé d'une géante rouge et d'une étoile à neutrons, l'étoile à neutrons se dirigeant vers le noyau de la géante rouge. Cela commence par un système binaire avec une étoile et une étoile à neutrons. Lorsque l'étoile devient une géante rouge, son frottement atmosphérique sur l'étoile à neutrons (la géante rouge enveloppe l'étoile à neutrons) détériore leur orbite, et l'étoile à neutrons et le noyau de la géante rouge vont se spiraler l'un dans l'autre. Une fois que l'étoile à neutrons rencontre le cœur, si la masse du cœur ne surmonte pas la pression de dégénérescence des neutrons, le cœur est remplacé par une étoile à neutrons. Si c'est le cas, alors une supernova résultant en un trou noir se produit. Ce système binaire est particulièrement important car il peut éclairer le fonctionnement de la fusion et le développement des systèmes binaires, car dans ce modèle l'étoile à neutrons n'absorbe pas une grande partie de la masse de la géante rouge. La surface de l'étoile à neutrons serait également si chaude que la fusion pourrait se produire, démontrant une nouvelle voie de fusion.

Les astronomes peuvent observer ces étoiles par leurs longueurs d'onde émises car la fusion crée des éléments lourds qui peuvent se frayer un chemin jusqu'à la surface du géant :

Pour rechercher un TZO, l'équipe a recherché dans les spectres certains des éléments qui devraient être produits en grande quantité dans ces objets : lithium, rubidium, strontium, vanadium, zirconium et molybdène. Tous ne sont pas faciles à imager, ils se sont donc concentrés sur le lithium, le rubidium et le molybdène. Ils ont comparé les niveaux de ces éléments avec des éléments qui créent des caractéristiques spectrales à proximité mais ne devraient pas être améliorés dans les TZO : potassium, calcium, fer et nickel.

https://arstechnica.com/science/2014/06/red-supergiant-replaced-its-core-with-a-neutron-star/

Je dirais qu'aucun véritable exemple de ce type d'appariement binaire n'a été trouvé. Cependant, il y a trois candidats possibles qui sont observés, bien que récemment, ces étoiles soient sérieusement remises en question sur leur validité (cela peut ne pas répondre à une partie de votre question sur "au moins suspecté :("), selon

https://en.wikipedia.org/wiki/Thorne-Żytkow_object


Il y en a un autre mentionné par mistertribs (tout le mérite lui revient), qu'un binaire trou noir et étoile à neutrons n'est pas observé. Ces types de systèmes sont probablement les plus intéressants d'un point de vue gravitationnel. Ils devraient produire des ondes gravitationnelles, qui pourraient être détectables par LIGO. LIGO doit encore observer un tel système et le confirmer, ce qui semble un peu déroutant, bien que quelque chose comme la supergéante bleue dans Cygnus X-3 pourrait évoluer en une étoile à neutrons à l'avenir. C'est un cas où davantage de données et d'observations sont nécessaires.

Cependant, les scientifiques n'ont pu limiter le taux de fusion que suffisamment pour éliminer les modèles les plus optimistes, et qu'il faudrait plusieurs autres essais d'observation sans résultats avant qu'un échec continu ne devienne problématique.


Pour autant que je sache, il n'y a pas d'exemples connus de binaires trou noir + étoile à neutrons (BHNS) (par exemple, cet article de 2018 note que "Aucun binaire BHNS (BHNS) n'a été découvert jusqu'à présent par des sondages radio"). Les fusions BHNS devraient être observables avec l'astronomie des ondes gravitationnelles, de sorte que cette situation pourrait ne pas durer trop longtemps. Il y a un rapport d'une possible fusion BHNS détectée par LIGO et Virgo (événement S190426c). Cet événement n'a pas encore été confirmé, les recherches de suivi par Hosseinzadeh et al. (2019) et Goldstein et al. (2019) pour les transitoires n'ont pas réussi à trouver une contrepartie à l'événement.

Les binaires contenant une étoile sdB et une étoile à neutrons n'ont pas non plus été trouvés, bien que les modèles théoriques prédisent qu'ils devraient exister dans notre galaxie (Wu et al., 2019). Des binaires sdB+NS suffisamment proches devraient être de fortes sources d'ondes gravitationnelles, afin que LISA puisse les découvrir.

Selon la façon dont vous souhaitez définir les différents "types" d'étoiles, vous pouvez probablement trouver d'autres exemples. Par exemple, il y a le concept d'étoiles singletons qui n'ont jamais été membres de systèmes binaires ou qui ont eu des rencontres rapprochées avec d'autres étoiles, qui par définition n'ont pas été trouvées dans des appariements binaires.

Il existe également des catégories d'objets étranges avec peu de membres connus. Par exemple, il y a les étoiles LP 40-365, qui sont des étoiles en fuite avec des atmosphères dominées par l'oxygène et le néon, probablement les restes partiellement brûlés de supernovae de type Iax particulier. Aucun des quatre exemples connus de cette classe n'est un système binaire, et les circonstances qui ont conduit à leur création font qu'il semble assez improbable que nous en trouvions un dans un binaire.


Les nébuleuses planétaires ont été découvertes dans les années 1780. L'astronome William Herschel croyait qu'il s'agissait de systèmes planétaires nouvellement formés. Il avait tort, mais le nom est resté. Ils sont en fait des nuages ​​de gaz brillants autour d'une étoile mourante, et ils sont souvent assez beaux.

La nébuleuse Sharpless 2-71 a été découverte en 1946 et se serait formée autour d'une étoile brillante en son centre. Des photographies plus récentes montrent que les choses sont aussi simples. De nombreuses nébuleuses planétaires sont bipolaires, ce qui signifie qu'elles ont des nuages ​​symétriques venant des côtés opposés de leur étoile et souvent comparés à un sablier ou un papillon. Sharpless 2-71 est composé de plusieurs lobes bipolaires dans différentes orientations.

Il y a trois étoiles au milieu de la nébuleuse. L'étoile la plus brillante est juste au centre, c'était donc le candidat original pour le parent nébuleuse. Pourtant, elle n'émet pas suffisamment de rayonnement ultraviolet pour expliquer la lueur de la nébuleuse, alors qu'une étoile voisine plus petite pourrait le faire. Cette étoile pourrait également faire partie d'un système binaire, ce qui signifie que jusqu'à quatre étoiles peuvent être responsables de la structure.


Relation entre la masse et la durée de vie

La durée de vie d'une étoile dépend de manière cruciale de sa masse - plus la masse est grande, plus la durée de vie est courte. Cela peut sembler étrange, car une étoile plus massive commence évidemment avec plus de combustible disponible pour la fusion nucléaire. Cependant, une telle étoile consomme son carburant à un rythme plus rapide. Plus l'étoile est massive, plus la pression exercée sur son noyau est importante en raison du poids des couches sus-jacentes. Des pressions plus élevées entraînent des températures plus élevées (tout comme le pompage d'une pompe à vélo fait chauffer l'air comprimé à l'intérieur). À leur tour, des températures plus élevées entraînent des réactions de fusion nucléaire à un rythme plus rapide, ce qui augmente la production d'énergie du noyau et donc la luminosité de l'étoile.

L'effet est dramatique. Des observations ont montré que, dans le cas d'étoiles d'une masse supérieure à environ 3 masses solaires, la luminosité d'une étoile varie comme le cube de sa masse. Cela signifie qu'une étoile de, disons, 10 masses solaires doit consommer son combustible de fusion environ 1 000 fois plus rapidement qu'une étoile semblable au Soleil. Sa durée de vie n'est donc que d'environ un centième, soit environ 100 millions d'années par rapport aux 10 milliards d'années du Soleil. Pour une étoile de 30 masses solaires, la relation masse-luminosité observée indique que le combustible de fusion est "brûlé" 30 3 , soit 27 000 fois plus vite que dans le Soleil, ce qui donne une durée de vie d'un peu plus de 10 millions d'années.

Les étoiles de faible masse, en revanche, sont avares d'énergie, destinées à épuiser leurs maigres réserves de carburant sur des périodes de temps colossales. Par exemple, Proxima Centauri, une naine rouge qui est l'étoile la plus proche du Soleil, a une durée de vie prévue d'environ 16 000 milliards d'années, soit environ 1 000 fois l'âge actuel de l'univers.


Étoile pas si brillante

Les étoiles dans le ciel font bien plus que scintiller. Ils évoluent constamment, brûlent du combustible nucléaire et parfois même interagissent avec d'autres objets célestes. Francesca Valsecchi, étudiante diplômée en physique et astronomie de la Northwestern University, étudie la vie des étoiles massives et leur destin final – devenir un trou noir. Valsecchi parlera de son travail lors d'un événement Junior Science Cafe le vendredi 18 février à la bibliothèque publique d'Evanston. Nous avons parlé avec elle pour un aperçu.

Qu'est-ce qu'un trou noir ?
Les trous noirs qui m'intéressent sont le point final de l'évolution des étoiles massives. En évoluant, une étoile brûle ce qu'elle contient – ​​hydrogène, hélium, autres éléments – jusqu'à manquer de combustible nucléaire. Lorsque cela se produit, il s'effondre tout simplement. Si l'étoile est suffisamment massive, elle s'effondre dans un trou noir.

Francesca Valsecchi Quelles sont certaines des caractéristiques d'un trou noir ?
Les trous noirs sont parmi les objets les plus denses que nous connaissions dans l'univers, mais nous ne pouvons pas les voir. Nous pouvons voir les étoiles parce qu'elles brillent, et nous avons une assez bonne compréhension de leur nature - comment les étoiles évoluent, comment elles interagissent avec leur environnement hôte, etc. Mais la physique derrière le processus de formation des trous noirs, comment elles interagissent avec ce qui les entoure eux – ce sont des choses qui ne sont pas complètement claires. Il y a encore des questions fondamentales sur la nature des trous noirs que nous ne comprenons pas.

Comment les étudiez-vous ?
Alors que les trous noirs isolés sont très difficiles à voir, nous pouvons voir des trous noirs lorsqu'ils sont couplés à une étoile qui leur fournit de la masse. Ces types de systèmes sont appelés systèmes binaires à rayons X. Lorsque le trou noir gagne de la matière d'une étoile, il devient « lumineux aux rayons X », ce qui signifie que le trou noir devient une source de rayonnement que nous pouvons détecter.

Ainsi, une façon de comprendre comment se forment les trous noirs et comment ils interagissent avec leur environnement hôte consiste à étudier ces systèmes binaires. En observant un système binaire, on sait à quelle distance se trouvent l'étoile et le trou noir, les masses des deux composants, combien de rayons X sont émis, la forme de leur orbite – un cercle, une ellipse – etc.

Mais nous ne savons pas, en observant le système aujourd'hui, la masse de l'étoile qui est devenue le trou noir, ou quel type d'interactions elle a eu avec l'autre étoile du système dans le passé. Pour essayer de comprendre cela, nous devons modéliser l'évolution des systèmes binaires observés. Cette modélisation nous a aidés à comprendre de quel type d'étoile vous avez besoin pour former un trou noir et ce qui pourrait arriver pendant le processus d'effondrement. Les systèmes binaires à rayons X sont un laboratoire unique pour comprendre la nature des trous noirs.

En quoi M33 X-7, le système binaire à rayons X que vous étudiez, est-il unique ?
Il y a beaucoup de choses. Tout d'abord, lorsque les propriétés de ce système ont été déterminées avec précision, le trou noir du système était le trou noir le plus massif à s'être formé à partir d'une étoile que nous connaissions. L'étoile en orbite autour du trou noir est la plus massive jamais vue dans cette classe de système. De plus, leur séparation orbitale est petite par rapport à la taille de l'étoile, et l'orbite n'est pas vraiment un cercle, ce qui est inhabituel dans ces systèmes.

Enfin, l'étoile est inhabituellement faible pour sa masse. Elle est aussi brillante qu'une étoile normale qui est, disons, 50 fois plus massive que le Soleil, alors qu'elle a une masse 70 fois celle du Soleil.

Nous avons cherché un modèle simple pour expliquer ces particularités sans introduire d'effets physiques trop compliqués, et nous avons trouvé une solution. La beauté de ceci est que nous avons la confirmation que notre compréhension de base de l'évolution des étoiles et des binaires est correcte, car nous pouvons expliquer même ce système inhabituel sans avoir à invoquer des effets en dehors de la physique standard des étoiles binaires. C'est encourageant, car cela nous donne l'assurance que nous pouvons faire des prédictions pour des systèmes qui n'ont pas encore été découverts, en utilisant les mêmes outils.

Pourquoi l'étoile n'est-elle pas aussi brillante qu'elle devrait l'être ?
Il y a deux raisons. La plus grande contribution vient de la façon dont nous observons le système. Nous regardons le système de face, c'est-à-dire que nous observons plus ou moins l'équateur de l'étoile (plutôt que les pôles). Parce que l'étoile et le trou noir sont si proches (ce qui fait que l'étoile ressent son attraction gravitationnelle) et que l'étoile tourne sur elle-même, l'étoile n'est pas parfaitement sphérique. Ces forces gravitationnelles et centrifuges provoquent sa déformation en forme de larme.

Parce que l'étoile est déformée, sa luminosité n'est pas uniforme sur toute sa surface. S'il s'agissait d'une sphère, peu importe la façon dont nous la regardons - elle serait tout aussi brillante à tout moment. Comme il est déformé, il est moins brillant dans la région équatoriale, et c'est la région que nous observons. Nous avons donc dû corriger les modèles standard d'une étoile sphérique isolée pour tenir compte du fait que nous regardions la région équatoriale plus sombre d'une étoile déformée.

La deuxième raison de la faible luminosité - et la raison la plus froide - est que l'étoile n'a pas évolué de manière isolée dans son passé, mais a plutôt interagi avec son compagnon (l'étoile qui deviendra le trou noir). Parce que l'étoile compagnon a épuisé son carburant en premier, nous savons qu'elle était plus massive que l'étoile que nous voyons aujourd'hui.

En évoluant, les étoiles s'étendent. Vers la fin de sa vie, le compagnon s'est suffisamment développé pour commencer à donner de la matière à l'étoile que nous voyons aujourd'hui. Parce que le compagnon était si massif et s'étendait si vite, le don de matière était très rapide. L'étoile que nous voyons aujourd'hui n'a pas pu s'adapter assez rapidement pour profiter pleinement du nouveau carburant. Étant donné que l'étoile ne peut pas brûler le carburant accumulé aussi efficacement qu'une étoile qui est «naturellement» aussi massive, elle semble sous-lumineuse pour sa masse.


Nouvelles découvertes de New Horizons de la NASA

Les données du vaisseau spatial New Horizons de la NASA, qui a exploré l'objet de la ceinture de Kuiper Ultima Thule plus tôt cette semaine, rapportent quotidiennement des découvertes scientifiques. Parmi les découvertes faites par l'équipe scientifique de la mission au cours de la dernière journée figurent :

  • L'analyse initiale des données n'a trouvé aucune preuve d'anneaux ou de satellites de plus d'un mile de diamètre en orbite autour d'Ultima Thule.
  • L'analyse des données n'a pas encore trouvé de preuves d'une atmosphère.
  • La couleur d'Ultima Thule correspond à la couleur de mondes similaires dans la ceinture de Kuiper, telle que déterminée par des mesures télescopiques.
  • Les deux lobes d'Ultima Thule &mdash le premier binaire de contact de la ceinture de Kuiper visité &mdash sont de couleur presque identique. Cela correspond à ce que nous savons des systèmes binaires qui ne sont pas entrés en contact les uns avec les autres, mais orbitent plutôt autour d'un point de gravité commun.

"La première exploration d'un petit objet de la ceinture de Kuiper et l'exploration la plus lointaine de tous les mondes de l'histoire appartiennent désormais à l'histoire, mais presque toutes les analyses de données se situent dans le futur", a déclaré Alan Stern du Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

La transmission de données depuis New Horizons s'arrêtera pendant environ une semaine pendant que le vaisseau spatial passera derrière le soleil vu d'ici sur Terre. La transmission des données reprend le 10 janvier, commençant un téléchargement de 20 mois des trésors scientifiques restants du vaisseau spatial.

"Ceux d'entre nous qui font partie de l'équipe scientifique ont hâte de commencer à creuser dans ce trésor", a déclaré Stern. New Horizons a effectué le survol le plus éloigné de l'histoire lorsqu'il s'est approché à environ 2 200 miles (3 500 kilomètres) d'Ultima Thule à 00 h 33 HNE le 1er janvier, passant devant l'objet à plus de 32 000 miles (51 000 kilomètres) par heure.

Le Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland, a conçu, construit et exploite le vaisseau spatial New Horizons et gère la mission pour la Direction des missions scientifiques de la NASA. Le Southwest Research Institute, basé à San Antonio, dirige l'équipe scientifique, les opérations de charge utile et la planification scientifique des rencontres. New Horizons fait partie du programme New Frontiers géré par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama.


Sélections de 2019 : Une planète géante autour d'un binaire évolué

Note de l'éditeur : Au cours des deux dernières semaines de 2019, nous examinerons quelques sélections dont nous n'avons pas encore discuté sur AAS Nova parmi les articles les plus téléchargés publiés dans les revues AAS cette année. L'horaire habituel d'affichage reprendra en janvier.

Variation de la période orbitale du KIC 10544976 : mécanisme Applegate par rapport à l'effet du temps de trajet léger

Publié en mars 2019

Plats principaux à emporter :

Dans une étude menée par Leonardo Almeida (Université fédérale de Rio Grande do Norte et Université de São Paulo, Brésil), des scientifiques annoncent des preuves d'une planète de 13 Jupiter autour d'un système binaire évolué, KIC 10544976, composé d'une naine blanche et une étoile naine rouge en orbite une fois tous les 0,35 jours.

Pourquoi c'est intéressant :

C'est la première planète trouvée en orbite autour d'un binaire évolué comme celui-ci, et cela soulève des questions sur la façon dont elle s'est formée. La planète est-elle née en même temps que les étoiles et a-t-elle survécu d'une manière ou d'une autre à la fin de vie du membre binaire qui a évolué en naine blanche ? Ou bien la planète est-elle née plus tard, du gaz éjecté par cette étoile à sa mort ? En étudiant la planète KIC 10544976 avec des télescopes de nouvelle génération, nous devrions pouvoir répondre à cette question.

Comment la planète a été découverte :

Les observations des étoiles binaires en éclipse montrent des variations temporelles dans les éclipses. Ce changement d'orbite pourrait être causé par l'une des deux choses suivantes : soit l'attraction gravitationnelle d'un corps massif supplémentaire invisible, soit des fluctuations de période dans le champ magnétique de la naine rouge. En étudiant le cycle d'activité magnétique de la naine rouge à l'aide d'années de données sur les éruptions et les taches stellaires, Almeida et ses collaborateurs ont pu écarter l'hypothèse selon laquelle l'activité magnétique aurait causé les variations temporelles de l'éclipse. Cela a fait de la présence d'une planète géante l'explication la plus probable.

Citation

L.A. Almeida et al 2019 UN J 157 150. doi:10.3847/1538-3881/ab0963


La recherche révèle une énorme planète en orbite rapide autour d'une petite étoile mourante

Grâce à une multitude de télescopes dans l'espace et sur Terre & mdash et même une paire d'astronomes amateurs en Arizona & mdash un astronome de l'Université du Wisconsin & ndash Madison et ses collègues ont découvert une planète de la taille de Jupiter en orbite à une vitesse vertigineuse autour d'une lointaine étoile naine blanche.

Le système, à environ 80 années-lumière, viole toutes les conventions courantes sur les étoiles et les planètes. La naine blanche est le vestige d'une étoile semblable au soleil, considérablement réduite à environ la taille de la Terre, mais elle conserve la moitié de la masse solaire. La planète massive surplombe sa minuscule étoile, qu'elle tourne toutes les 34 heures grâce à une orbite incroyablement proche. En revanche, Mercure met 90 jours relativement léthargiques pour orbiter autour du soleil.

Bien qu'il y ait eu des indices de grandes planètes en orbite près de naines blanches dans le passé, les nouvelles découvertes sont la preuve la plus claire à ce jour de l'existence de ces appariements bizarres. Cette confirmation met en évidence les diverses manières dont les systèmes stellaires peuvent évoluer et peut donner un aperçu du destin de notre propre système solaire. Un tel système de naines blanches pourrait même fournir un arrangement habitable rare pour que la vie survienne à la lumière d'une étoile mourante.

"Nous n'avons jamais vu auparavant de preuves d'une planète s'approchant si près d'une naine blanche et survivant. C'est une agréable surprise », déclare le chercheur principal Andrew Vanderburg, qui a récemment rejoint le département d'astronomie de l'UW&ndash Madison en tant que professeur adjoint. Vanderburg a terminé le travail alors qu'il était membre indépendant de la NASA Sagan à l'Université du Texas à Austin.

Les chercheurs ont publié leurs résultats le 16 septembre dans la revue Nature. Vanderburg a dirigé une grande collaboration internationale d'astronomes qui ont analysé les données. Les télescopes contributeurs comprenaient le télescope de chasse aux exoplanètes TESS de la NASA et deux grands télescopes au sol aux îles Canaries.

Vanderburg était à l'origine attiré par l'étude des naines blanches et des restes d'étoiles de la taille du soleil après avoir épuisé leur combustible nucléaire et leurs planètes par accident. Pendant ses études supérieures, il examinait les données du prédécesseur de TESS, le télescope spatial Kepler, et remarqua une naine blanche entourée d'un nuage de débris.

"Ce que nous avons fini par découvrir, c'est qu'il s'agissait d'une planète mineure ou d'un astéroïde qui se déchirait pendant que nous regardions, ce qui était vraiment cool", dit Vanderburg. La planète avait été détruite par la gravité de l'étoile après que sa transition vers une naine blanche ait provoqué la chute de l'orbite de la planète vers l'étoile.

Depuis lors, Vanderburg s'est demandé si les planètes, en particulier les plus grandes, pourraient survivre au voyage vers une étoile vieillissante.

En scannant les données de milliers de systèmes de naines blanches collectés par TESS, les chercheurs ont repéré une étoile dont la luminosité diminuait de moitié environ tous les jours et demi, signe que quelque chose de gros passait devant l'étoile sur une courte distance, orbite ultra-rapide. Mais il était difficile d'interpréter les données car l'éclat d'une étoile proche interférait avec les mesures de TESS. Pour surmonter cet obstacle, les astronomes ont complété les données TESS provenant de télescopes au sol à plus haute résolution, dont trois gérés par des astronomes amateurs.

&ldquoUne fois l'éblouissement sous contrôle, en une nuit, ils ont obtenu des données beaucoup plus belles et plus propres que celles que nous avons obtenues avec un mois d'observations depuis l'espace,» dit Vanderburg. Parce que les naines blanches sont tellement plus petites que les étoiles normales, les grandes planètes qui passent devant elles bloquent une grande partie de la lumière des étoiles, ce qui rend la détection par les télescopes au sol beaucoup plus simple.

Les données ont révélé qu'une planète à peu près de la taille de Jupiter, peut-être un peu plus grande, était en orbite très proche de son étoile. L'équipe de Vanderburg pense que la géante gazeuse est partie beaucoup plus loin de l'étoile et s'est déplacée dans son orbite actuelle après que l'étoile se soit transformée en naine blanche.

La question est devenue : comment cette planète a-t-elle évité d'être déchirée lors des bouleversements ? Les modèles précédents d'interactions naine blanche-planète ne semblaient pas correspondre à ce système stellaire particulier.

Les chercheurs ont effectué de nouvelles simulations qui ont fourni une réponse potentielle au mystère. Lorsque l'étoile a manqué de carburant, elle s'est développée en une géante rouge, engloutissant toutes les planètes voisines et déstabilisant la planète de la taille de Jupiter qui orbite plus loin. Cela a amené la planète à adopter une orbite ovale exagérée qui est passée très près de la naine blanche maintenant rétrécie, mais a également projeté la planète très loin au sommet de l'orbite.

Au fil des éons, l'interaction gravitationnelle entre la naine blanche et sa planète a lentement dispersé l'énergie, guidant finalement la planète dans une orbite circulaire étroite qui ne prend qu'un jour et demi. Ce processus prend du temps et des milliards d'années. Cette naine blanche particulière est l'une des plus anciennes observées par le télescope TESS à près de 6 milliards d'années, amplement le temps de ralentir son énorme partenaire planète.

Bien que les naines blanches ne conduisent plus de fusion nucléaire, elles libèrent toujours de la lumière et de la chaleur en se refroidissant. Il est possible qu'une planète suffisamment proche d'une telle étoile mourante se trouve dans la zone habitable, la région proche d'une étoile où l'eau liquide peut exister, supposée être nécessaire à l'émergence et à la survie de la vie.

Maintenant que la recherche a confirmé l'existence de ces systèmes, ils offrent une opportunité alléchante de rechercher d'autres formes de vie. La structure unique des systèmes de planètes naines blanches offre une occasion idéale d'étudier les signatures chimiques des planètes en orbite et des atmosphères, un moyen potentiel de rechercher des signes de vie à distance.

"Je pense que la partie la plus excitante de ce travail est ce que cela signifie à la fois pour l'habitabilité en général & mdash peut-il y avoir des régions hospitalières dans ces systèmes solaires morts & mdash et aussi notre capacité à trouver des preuves de cette habitabilité", dit Vanderburg.

Ce travail a été soutenu en partie par la National Science Foundation (y compris la subvention AST-1824644) et par la NASA (y compris les subventions RSA-1610091, RSA-1006130, 80NSSC19K1727 et 80NSSC19K0388). Ce travail a été réalisé en partie sous contrat avec le California Institute of Technology/Jet Propulsion Laboratory financé par la NASA dans le cadre du programme de bourses Sagan exécuté par le NASA Exoplanet Science Institute.


Résoudre la naissance des étoiles binaires de grande masse

De nouvelles observations pourraient nous aider à en savoir plus sur la naissance des systèmes stellaires de masse élevée. Pour la première fois, les scientifiques ont imagé un très jeune système binaire de masse élevée et ont résolu les disques individuels qui entourent chaque étoile et le binaire.

Multiples massifs

Il est inhabituellement courant que des étoiles de grande masse soient découvertes dans des systèmes à étoiles multiples. Plus de 80% de toutes les étoiles de type O - qui ont une masse supérieure à 16 fois celle du Soleil - sont dans des systèmes multiples proches, contre une fraction de multiplicité de seulement

3 masses solaires, par exemple.

Observations VLTI reconstituées des deux composants du binaire de masse élevée IRAS17216-3801. [Adapté de Kraus et al. 2017]

Idéalement, une équipe de scientifiques dirigée par Stefan Kraus (Université d'Exeter) a peut-être trouvé exactement ce dont nous avons besoin : un « protobinaire » de masse élevée qui est toujours en train de se former. À l'aide du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l'ESO, Kraus et ses collaborateurs ont capturé les premières observations d'un très jeune système binaire de masse élevée dans lequel le disque circumbinaire et les deux disques de poussière circumstellaires pourraient tous être résolus spatialement.

Indices des disques résolus

Les observations dans le proche infrarouge du VLTI révèlent qu'IRAS17216-3801, que l'on pensait à l'origine être une seule étoile de masse élevée, est plutôt un binaire proche séparé par seulement

170 UA. Ses deux composants sont tous deux entourés de disques à partir desquels les protoétoiles accrètent activement de la masse, et ces deux disques circumstellaires sont fortement désalignés par rapport au vecteur de séparation du binaire. Cela confirme que le système est très jeune, car les forces de marée n'ont pas encore eu le temps d'aligner les disques.

Le modèle des auteurs de la géométrie du système binaire, incluant les orientations des deux disques circumstellaires (croquis non à l'échelle). [Adapté de Kraus et al. 2017]

En traçant le gaz chaud dans leurs observations du système, les auteurs déterminent également que le composant secondaire plus petit s'accréte à un taux plus élevé que la plus grande étoile. Cela suggère que le secondaire perturbe le flux d'accrétion sur l'étoile primaire, canalisant plutôt la matière tombante sur son propre disque – une observation qui confirme la prédiction des simulations hydrodynamiques.

IRAS17216-3801 est environ trois fois plus massif et cinq fois plus compact que les autres systèmes à étoiles multiples de grande masse imagés dans l'infrarouge, et c'est le premier système dans lequel la résolution de ses disques composants a été possible. Ces images présentent un laboratoire passionnant pour étudier les interactions étoile-disque et la formation de systèmes multiples de masse élevée.

Citation

S. Kraus et al 2017 ApJL 835 L5. doi: 10.3847/2041-8213/835/1/L5


Hubble voit double

Les astrophysiciens savent que presque toutes les grandes galaxies ont un trou noir supermassif en leur centre. Ils savent que lorsque les galaxies fusionnent, il en va de même pour leurs trous noirs. Mais ils ne savent pas encore grand-chose sur la façon dont le processus de fusion se produit, ni sur ce qui arrive exactement aux trous noirs supermassifs pendant ce processus.

C'est parce qu'il n'y a pas eu beaucoup d'exemples à étudier. Les scientifiques recherchent des trous noirs supermassifs en recherchant des quasars, les objets brillants formés lorsque les trous noirs supermassifs se nourrissent de morceaux de matière, qui émettent un rayonnement abondant lorsqu'ils tombent dans le trou noir. La plupart des fusions de galaxies ont eu lieu il y a 10 milliards d'années, et en regardant aussi loin dans le passé, les quasars sont largement dispersés dans l'univers. Pour mille quasars, on estime qu'il n'y en a qu'un double. La plupart des paires de quasars connues à ce jour sont encore éloignées et pas encore proches de la phase de fusion finale. En balayant le ciel au hasard avec même le télescope le plus puissant, cela pourrait prendre des millénaires pour trouver plus d'une poignée de fusions en cours.

Mais une équipe Johns Hopkins/Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a mis au point un moyen de supprimer le caractère aléatoire de la recherche et a été récompensée jusqu'à présent par la découverte de deux paires de quasars actives il y a environ 10 milliards d'années. Leurs travaux, publiés dans Astronomie de la nature plus tôt ce mois-ci, devrait aider les scientifiques à mieux comprendre la formation des galaxies et les ondes gravitationnelles.

"Je pense que cela va ouvrir les vannes pour découvrir les doubles quasars", a déclaré Nadia Zakamska, membre de l'équipe, professeure agrégée au département de physique et d'astronomie de la Johns Hopkins Krieger School of Arts and Sciences.

Crédit image : Avec l'aimable autorisation de Hsiang-Chih Hwang

Ce qui rend le travail de l'équipe révolutionnaire, c'est la méthode utilisée pour réduire la liste des quasars binaires possibles. Lorsque deux quasars sont suffisamment proches pour indiquer une fusion en cours, les télescopes terrestres les voient comme une seule source de lumière, masquant leur nature binaire. Mais la luminosité des quasars varie de manière stochastique, elle s'éclaircit et s'assombrit au hasard, ce qui provoque un changement de position, ou "mouvement", de la source apparemment unique dans le ciel.

Il y a plusieurs années, Zakamska et son collègue de l'Université de l'Illinois, Yue Shen, ont remporté une subvention pour explorer les indices que ce phénomène pourrait offrir. Et si, demandaient-ils, nous ciblions ces quasars dont l'éclat semblait sauter légèrement d'un côté à l'autre ? Dans au moins certains de ces cas, ont-ils expliqué, le petit mouvement inattendu devrait en fait être causé par la présence de deux quasars proches l'un de l'autre, chacun s'éclaircissant et s'obscurcissant selon son propre calendrier.

Le doctorant en physique et astronomie Hsiang-Chih Hwang, alors en troisième année, étudiait les étoiles binaires, mais a rejoint la quête du quasar binaire en tant que projet parallèle. Pour mettre l'idée de Zakamska et Shen à l'épreuve, il a développé une technique astrométrique pour passer au crible un catalogue de quasars créé par l'observatoire spatial Gaia très sensible de l'Agence spatiale européenne et identifier ceux qui ont démontré ce changement de position révélateur. Il a trouvé 150 cas où les quasars doubles semblaient possibles. Avec Hwang en tête, l'équipe a décidé de demander du temps sur le télescope spatial Hubble, dont la qualité d'image nette devrait pouvoir confirmer ou infirmer leurs candidats.

Légende de l'image : Hsiang-Chih Hwang

Crédit image : Avec l'aimable autorisation de Hsiang-Chih Hwang

It was a high-risk, high-return venture. Only about 15% of requests for Hubble's time are accepted, and the proposed method was brand-new and untested. But the Hubble peer review panels approved the proposal, and last year, the orbiting telescope began scanning the targets and images began trickling in.

"I was so excited for me, it's like a lottery. And now we see that the results are indeed very beautiful," says Hwang, who continues to check the Hubble data weekly as new results arrive.

Of the team's first four targets in the early universe, two were found to be binary—a 50% success rate and a huge increase over the 10% success rate of earlier methods.

"Hubble has proven that this method is very efficient and successful. In the future it will enable us to uncover the binary quasars for the entire sky, which is very promising," Hwang says.

Quasars play a key role in galaxy formation, so the additional information from so many binary quasars will help scientists understand galaxy formation in much greater detail, Zakamska and Hwang say. Quasars emit high-intensity radiation that creates strong galactic winds that sweep away gas from the merging galaxies. Without gas, stars do not form, and the galaxies take on an elliptical shape.

The information will also be crucial in the rapidly evolving field of gravitational waves, the researchers say. The frequency of gravitational waves from binary supermassive black holes is too low to be detected by the currently operating Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. With only a handful of promising methods to detect the waves at the relevant frequency, it's unknown how many wave signals may exist. A large roster of binary quasars will help astrophysicists understand more about how long it takes galaxies to merge, and therefore when and where to expect gravitational waves. And since the merging process takes millions of years, the ability to observe pairs at different points in the process will allow scientists to piece together a timeline of the progression.

While Hubble continues to churn out promising data about the team's 150 candidate pairs, members are also looking ahead to the James Webb Space Telescope, due to begin operating this fall. James Webb is already scheduled to observe some of the team's identified pairs and should be able to confirm that they are in fact merging quasars.

By that time, Hwang, who will defend his dissertation this summer, will be off to a post-doctoral appointment at the Institute for Advanced Study at Princeton, with the experience as a principal investigator of a high-impact Hubble project already under his belt. He plans to continue his focus on binaries—both quasars and stars.

"Hsiang-Chih's contributions have been completely essential to the project because he pushed it forward at two critical points: to get over the big technical hurdle to find good candidates based on their motions, and then again with the Hubble proposal," Zakamska says.


“Against All Odds” –NASA’s Planet-Hunting Tess Discovers a Unique Star System with Six ‘Suns’

“The system exists against the odds,” said Brian Powell , a data scientist at NASA’s High Energy Astrophysics Science Archive Research Center about the source of starlight that was mysteriously brightening and dimming some 1,900 light-years away. The source, named TIC 168789840, is a system of three pairs of binary stars: three different stellar couplets revolving around three different centers of mass, but with the trio remaining gravitationally bound to one another and circling the galactic center as a single star system.

“Just the fact that it exists blows my mind,” said first author, Powell. “I’d love to just be in a spaceship, park next to this thing and see it in person.”

Eclipses in the Lightcurves

The breadth of observation of TESS encompasses nearly the entire sky, allowing for the identification of many candidate multiple star systems through the analysis of eclipses in the lightcurves (continuous time series measurements of the stars’ brightness). A collaboration between the NASA Goddard Space Flight Center and the MIT Kavli Institute, in conjunction with expert visual surveyors, has found well over 100 triple and quadruple star system candidates.

Most Systems are Quadruples

The large majority of the TESS discovered candidate triple and quadruple star systems are quadruples, followed by triples since it began searching the galaxy for exoplanets in 2018. But the source of starlight that was mysteriously brightening and dimming some 1,900 light-years away,” reports Robin George Andrews for the New York Times , “may top all those discoveries for its science fiction-like grandeur.”

“Though quadruple systems are much more rare than triple systems,” reports NASA, “the large outer orbit of the third star in a hierarchical triple, necessary for stability, substantially reduces the probability that the eclipse or occultation of the third star will be visually noticed in a TESS lightcurve. Beyond quadruple stars, the probability of systems with more stars being identified via photometry alone is remote, as the formation of sextuple systems is likely quite rare. This low probability is compounded by the requirement that each binary must be oriented in such a manner that they are all eclipsing.”

Although several of other six-star systems have been discovered, reports Andrews about NASA’s TESS discovery, this is the first in which the stars within each of those three pairings pass in front of and behind each other, eclipsing the other member of its stellar ballet, at least from the TESS space telescope’s view.

“These are the types of signals that algorithms really struggle with,” said lead author Veselin Kostov , a NASA Postdoctoral Fellow at Goddard Space Flight Center working. “The human eye is extremely good at finding patterns in data, especially non-periodic patterns like those we see in transits from these systems.”

Although exoplanets within the star system have yet to be confirmed, only one of the pairs could have any planets. Two of the system’s binaries orbit extremely close to one another, forming their own quadruple subsystem. Any planets there would likely be ejected or engulfed by one of the four stars. The third binary is farther out, orbiting the other two once every 2,000 years or so, making it a possible exoplanetary haven.

Its Origin is a Mystery

“The origin of this whirling six-star system will remain a puzzle until we find others like it,” concludes Andrews.

In 2019, TESS discovered TOI 1338, its first circumbinary planet, a world orbiting two stars, 1,300 light-years away in the constellation Pictor. The two stars orbit each other every 15 days. One is about 10% more massive than our Sun, while the other is cooler, dimmer and only one-third the Sun’s mass. TOI 1338 b, the only known planet in the system. It’s around 6.9 times larger than Earth, or between the sizes of Neptune and Saturn. The planet orbits in almost exactly the same plane as the stars, so it experiences regular stellar eclipses.

[This previously published post has been updated and revised]

The Daily Galaxy with Avi Shporer, Research Scientist, MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, via Goddard Space Flight Center, NASA Arxiv.org PDF, and New York Times Science. Avi was formerly a NASA Sagan Fellow at the Jet Propulsion Laboratory (JPL).

Image Credit: NASA/MIT/TESS shows the spacecraft’s 13-sector mosaic of the southern sky, recorded over the course of a year. One object shown in the mosaic is a long, bright edge of our Milky Way galaxy.

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