Les étoiles géantes subissent un programme de perte de poids spectaculaire

Il existe des millions d’étoiles “géantes rouges” dans notre galaxie. Ces objets frais et lumineux sont ce que notre Soleil deviendra dans quatre milliards d’années. Depuis quelque temps, les astronomes prédisent l’existence de géantes rouges plus minces. Après en avoir trouvé quelques-uns, l’équipe de l’Université de Sydney peut enfin confirmer leur existence.

“C’est comme trouver Waldo”, a déclaré l’auteur principal, candidat au doctorat, M. Yaguang Li de l’Université de Sydney. “Nous avons été extrêmement chanceux de trouver environ 40 géantes rouges plus minces, cachées dans une mer de géantes normales. Les géantes rouges plus minces sont soit de plus petite taille, soit moins massives que les géantes rouges normales.”

Comment et pourquoi ont-ils maigri? La plupart des étoiles dans le ciel sont dans des systèmes binaires – deux étoiles qui sont gravitationnellement liées l’une à l’autre. Lorsque les étoiles dans des binaires proches se dilatent, comme le font les étoiles en vieillissant, une partie de la matière peut atteindre la sphère gravitationnelle de leur compagnon et être aspirée. “Dans le cas de géantes rouges relativement minuscules, nous pensons qu’un compagnon pourrait éventuellement être présent”, a déclaré M. Li.

Une chasse au trésor intragalactique

L’équipe a analysé les données d’archives du télescope spatial Kepler de la NASA. De 2009 à 2013, le télescope a enregistré en continu des variations de luminosité sur des dizaines de milliers de géantes rouges. À l’aide de cet ensemble de données incroyablement précis et volumineux, l’équipe a effectué un recensement approfondi de cette population stellaire, fournissant les bases pour repérer les valeurs aberrantes.

Deux types d’étoiles inhabituelles ont été révélées : des géantes rouges de très faible masse et des géantes rouges peu lumineuses (plus faibles).

Les étoiles de très faible masse ne pèsent que 0,5 à 0,7 masse solaire, soit environ la moitié du poids de notre Soleil. Si les étoiles de très faible masse n’avaient pas soudainement perdu du poids, leurs masses indiqueraient qu’elles étaient plus vieilles que l’âge de l’Univers – une impossibilité.

“Ainsi, lorsque nous avons obtenu les masses de ces étoiles pour la première fois, nous avons pensé qu’il y avait quelque chose qui n’allait pas dans la mesure”, a déclaré M. Li. “Mais il s’avère qu’il n’y en avait pas.”

Les étoiles sous-lumineuses, en revanche, ont des masses normales, allant de 0,8 à 2,0 masse solaire. “Cependant, ils sont beaucoup moins “géants” que ce à quoi nous nous attendions”, a déclaré le co-auteur de l’étude, le Dr Simon Murphy de l’Université du sud du Queensland. “Elles ont quelque peu maigri et parce qu’elles sont plus petites, elles sont également plus faibles, donc “sous-lumineuses” par rapport aux géantes rouges normales.”

Seules sept étoiles sous-lumineuses ont été trouvées, et les auteurs soupçonnent que beaucoup d’autres se cachent dans l’échantillon. “Le problème est que la plupart d’entre eux sont très doués pour se fondre. C’était une véritable chasse au trésor pour les trouver”, a déclaré le Dr Murphy.

Ces points de données inhabituels ne pouvaient pas être expliqués par de simples attentes de l’évolution stellaire. Cela a conduit les chercheurs à conclure qu’un autre mécanisme devait être à l’œuvre, obligeant ces étoiles à subir une perte de poids spectaculaire : le vol de masse par les étoiles proches.

Recensement de la population stellaire

Les chercheurs se sont appuyés sur l’astérosismologie – l’étude des vibrations stellaires – pour déterminer les propriétés des géantes rouges.

Les méthodes traditionnelles d’étude d’une étoile se limitent à ses propriétés de surface, par exemple la température et la luminosité de surface. En revanche, l’astérosismologie, qui utilise des ondes sonores, sonde en dessous. “Les ondes pénètrent l’intérieur stellaire, nous donnant de riches informations sur une autre dimension”, a déclaré M. Li.

Les chercheurs ont pu déterminer avec précision les stades d’évolution, les masses et les tailles des étoiles grâce à cette méthode. Et quand ils ont regardé les distributions de ces propriétés, quelque chose d’inhabituel a été immédiatement remarqué : certaines étoiles ont des masses ou des tailles minuscules.

“Il est très inhabituel pour un doctorant de faire une découverte aussi importante”, a déclaré le professeur Tim Bedding, directeur académique de M. Li. “En passant soigneusement au crible les données du télescope spatial Kepler de la NASA, Yaguang a repéré quelque chose que tout le monde avait manqué.”