La mort mystérieuse d’une star du carbone se déroule comme un cirque à six pistes

V Hya est une étoile à branche géante asymptotique (AGB) riche en carbone située à environ 1 300 années-lumière de la Terre dans la constellation de l’Hydre. Plus de 90 % des étoiles dont la masse est égale ou supérieure à celle du Soleil se transforment en étoiles AGB au fur et à mesure que le combustible nécessaire pour alimenter les processus nucléaires est éliminé. Parmi ces millions d’étoiles, V Hya a suscité un intérêt particulier pour les scientifiques en raison de ses comportements et de ses caractéristiques jusqu’à présent uniques, notamment des éruptions de plasma à grande échelle qui se produisent environ tous les 8,5 ans et la présence d’une étoile compagne presque invisible qui contribue à Comportement explosif de V Hya.

“Notre étude confirme de manière spectaculaire que le modèle traditionnel de la mort des étoiles AGB – par l’éjection massive de carburant via un vent sphérique lent, relativement stable sur 100 000 ans ou plus – est au mieux incomplet ou au pire incorrect, ” a déclaré Raghvendra Sahai, astronome au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et chercheur principal de l’étude. “Il est très probable qu’un proche compagnon stellaire ou sous-stellaire joue un rôle important dans leur mort, et comprendre la physique des interactions binaires est à la fois important pour l’astrophysique et l’un de ses plus grands défis. Dans le cas de V Hya, la combinaison d’un à proximité et une hypothétique étoile compagne lointaine est responsable, au moins dans une certaine mesure, de la présence de ses six anneaux et des écoulements à grande vitesse qui causent la mort miraculeuse de l’étoile.”

Mark Morris, astronome à UCLA et co-auteur de la recherche, a ajouté : “V Hydra a été pris dans le processus de perte de son atmosphère – finalement la majeure partie de sa masse – ce que la plupart des étoiles géantes rouges de stade avancé À notre grande surprise, nous avons constaté que la matière, dans ce cas, est expulsée sous la forme d’une série d’anneaux sortants. C’est la première et la seule fois que quelqu’un a vu que le gaz éjecté d’une étoile AGB peut être s’écoulant sous la forme d’une série d'”anneaux de fumée” en expansion.”

Les six anneaux se sont étendus vers l’extérieur à partir de V Hya au cours d’environ 2 100 ans, ajoutant de la matière et entraînant la croissance d’une structure en forme de disque évasé et déformé à haute densité autour de l’étoile. L’équipe a surnommé cette structure le DUDE, ou Disk Undergoing Dynamical Expansion.

“L’état final de l’évolution stellaire – lorsque les étoiles subissent la transition de géantes rouges à des restes stellaires de naines blanches – est un processus complexe qui n’est pas bien compris”, a déclaré Morris. “La découverte que ce processus peut impliquer des éjections d’anneaux de gaz, simultanées à la production de jets de matière intermittents à grande vitesse, apporte une nouvelle et fascinante ride à notre exploration de la mort des étoiles.”

Sahai a ajouté: “V Hya est dans la phase de transition brève mais critique qui ne dure pas très longtemps, et il est difficile de trouver des stars dans cette phase, ou plutôt de les attraper en flagrant délit. Nous avons eu de la chance et avons pu tout imager. des différents phénomènes de perte de masse dans V Hya pour mieux comprendre comment les étoiles mourantes perdent de la masse à la fin de leur vie.”

En plus d’un ensemble complet d’anneaux en expansion et d’un disque déformé, l’acte final de V Hya comprend deux structures en forme de sablier – et une structure supplémentaire en forme de jet – qui se développent à des vitesses élevées de plus d’un demi-million de miles par heure (240 km/s). De grandes structures de sablier ont déjà été observées dans des nébuleuses planétaires, y compris MyCn 18 – également connue sous le nom de nébuleuse du sablier gravé – une jeune nébuleuse d’émission située à environ 8 000 années-lumière de la Terre dans la constellation sud de Musca, et la plus connue Nébuleuse du Crabe du Sud, une nébuleuse d’émission située à environ 7 000 années-lumière de la Terre dans la constellation sud du Centaure.

Sahai a déclaré: “Nous avons observé pour la première fois la présence d’écoulements très rapides en 1981. Puis, en 2022, nous avons trouvé un écoulement en forme de jet composé de gouttes de plasma compactes éjectées à grande vitesse de V Hya. Et maintenant, notre découverte du grand angle les flux sortants dans V Hya relient les points, révélant comment toutes ces structures peuvent être créées au cours de la phase évolutive dans laquelle se trouve actuellement cette géante rouge extra-lumineuse.”

En raison à la fois de la distance et de la densité de la poussière entourant l’étoile, l’étude de V Hya nécessitait un instrument unique capable de voir clairement la matière à la fois très éloignée et difficile ou impossible à détecter avec la plupart des télescopes optiques. L’équipe a enrôlé les récepteurs de la bande 6 (1,23 mm) et de la bande 7 (0,85 mm) d’ALMA, qui ont révélé les multiples anneaux et sorties de l’étoile avec une clarté saisissante.

“Les processus qui se déroulent aux stades finaux des étoiles de faible masse, et pendant la phase AGB en particulier, fascinent depuis longtemps les astronomes et ont été difficiles à comprendre”, a déclaré Joe Pesce, astronome et responsable du programme NSF pour NRAO/ALMA. “Les capacités et la résolution d’ALMA nous permettent enfin d’assister à ces événements avec les détails extraordinaires nécessaires pour fournir des réponses et améliorer notre compréhension d’un événement qui arrive à la plupart des étoiles de l’Univers.”

Sahai a ajouté que l’incorporation de données infrarouges, optiques et ultraviolettes dans l’étude a créé une image complète à plusieurs longueurs d’onde de ce qui pourrait être l’un des plus grands spectacles de la Voie lactée, du moins pour les astronomes. “Chaque fois que nous observons V Hya avec de nouvelles capacités d’observation, cela ressemble de plus en plus à un cirque, caractérisé par une variété encore plus grande d’exploits impressionnants. V Hydrae nous a impressionnés avec ses multiples anneaux et actes, et parce que notre propre Soleil peut être un connaisse un jour le même destin, cela nous tient en haleine.”