Les astronomes ont découvert une paire d'étoiles qui tournent l'une autour de l'autre en seulement 51 minutes, ce qui est l'orbite la plus rapide jamais vue dans un tel appariement. Le système a été surnommé ZTF J1813 + 4251 et est un exemple de variable cataclysmique - un arrangement consistant en une étoile en orbite serrée autour d'une étoile morte appelée naine blanche.
Alors que les deux objets stellaires d'une variable cataclysmique perdent de l'énergie par l'émission d'ondes gravitationnelles, ils se rapprochent et la naine blanche commence à "se nourrir" de l'étoile "donneuse" semblable au Soleil, arrachant de la matière à sa surface. ZTF J1813 + 4251 est situé à 3000 années-lumière de la Terre et représente la première preuve que les variables cataclysmiques peuvent rétrécir suffisamment pour avoir une période orbitale aussi courte.
«Avec la découverte de ZTF J1813 + 4251, nous savons maintenant que, dans de rares circonstances, les variables cataclysmiques peuvent se réduire à une période orbitale bien inférieure à 75 minutes», membre de l'équipe et chercheur à l'Université d'Amsterdam, Jan van Roestel, A déclaré Monde de la physique. "Il y avait des prédictions théoriques que cela pourrait arriver, mais la découverte de ZTF J1813 + 4251 le confirme sans aucun doute."
Van Roestel, avec Kévin Burge du Massachusetts Institute of Technology et ses collègues ont également déterminé d'autres propriétés de chaque étoile, notamment leurs masses et leurs rayons.
Système minuscule
"Le système binaire se compose d'une naine blanche et d'une étoile donneuse avec une masse d'environ 0.55 et 0.1 masse solaire respectivement", explique van Roestel. La distance entre eux n'est que de 0.4 du rayon du Soleil, ce qui signifie que l'ensemble du système binaire pourrait facilement tenir à l'intérieur de notre étoile. La recherche suggère également que cette orbite étroite est le résultat de la densité extrêmement élevée de l'étoile donneuse.
Les astronomes ont trouvé ZTF J1813 + 4251 dans une vaste collection d'étoiles observées par le Zwicky Transient Facility (ZTF), qui utilise une caméra attachée à un télescope à l'observatoire Palomar en Californie. ZTF a pris plus de 1000 images haute résolution de vastes zones du ciel capturant les changements de luminosité d'un milliard d'étoiles sur des périodes variant de quelques jours à plusieurs années.
L'équipe a utilisé un algorithme pour rechercher dans ces données les étoiles qui semblaient clignoter à plusieurs reprises sur une période de moins d'une heure. De tels éclairs peuvent être causés par deux étoiles sur une orbite serrée, une étoile bloquant brièvement la lumière de l'autre - comme c'est le cas pour ZTF J1813+4251.
Stade d'évolution rare
Les observations ont également révélé que le système est à une étape intéressante de son évolution. "Nous avons découvert que cette variable cataclysmique faisait quelque chose de très spécial, passant de l'accrétion d'hydrogène à l'accrétion d'hélium", explique Burdge.. "Cela se produit parce que la naine blanche a commencé à manger une ancienne étoile de la séquence principale très près de la fin de sa vie après que cette étoile ait accumulé une quantité importante d'hélium dans son noyau."
Maintenant, l'atmosphère d'hydrogène de l'étoile donneuse a presque disparu, la naine blanche en dépouillant les tout derniers vestiges de son partenaire. Du coup, cette étoile donneuse sera bientôt réduite à un noyau riche en hélium, dont sa compagne naine blanche continuera de se régaler. L'équipe prédit également que la période orbitale de ce système continuera à se raccourcir et dans environ 70 millions d'années, elle pourrait être aussi courte que 20 minutes.
"L'avenir de cette étoile binaire est déterminé par les ondes gravitationnelles", déclare van Roestel. "Les deux étoiles sont suffisamment massives et orbitent suffisamment près l'une de l'autre pour perdre lentement leur moment cinétique à travers les ondes gravitationnelles, ce qui entraîne une diminution supplémentaire de leur période orbitale et de leur séparation."
Observations des ondes gravitationnelles
En principe, ces ondes gravitationnelles pourraient être détectées par les astronomes. Cependant, les observatoires actuels des ondes gravitationnelles ne sont pas assez sensibles pour le faire. À l'avenir, l'étude de tels systèmes pourrait être effectuée à l'aide de l'antenne spatiale de l'interféromètre laser (LISA), qui sera plus sensible que les détecteurs d'ondes gravitationnelles terrestres existants.
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"Cette découverte est un gros problème car il y a actuellement un détecteur d'ondes gravitationnelles en cours de construction, qui sera dans l'espace, appelé LISA, qui verra les ondes gravitationnelles d'objets avec des périodes orbitales comme ZTF J1813 + 4251", explique Burdge. Il ajoute que cette future enquête pourrait combler un élément clé qui manque à notre compréhension de l'évolution des étoiles.
« Les variables cataclysmiques sont vraiment d'excellents laboratoires pour étudier la physique de l'accrétion et l'évolution binaire. Les manuels ont tendance à se concentrer sur des étoiles isolées comme le Soleil. Le fait est que cette histoire simple ne fonctionne tout simplement pas si vous mettez deux étoiles dans un binaire l'une à côté de l'autre, car elles interagiront, et cela peut complètement changer le résultat.
"En étudiant ces binaires en interaction étroite, comme des variables cataclysmiques, nous rassemblons les informations nécessaires pour terminer les manuels sur l'évolution stellaire. À savoir, nous commençons à comprendre l'évolution binaire stellaire. Ce système répond essentiellement à une question clé sur la formation des binaires variables cataclysmiques.
L'observation est décrite dans Nature.
