Regarder la mort d’une étoile géante rare —

Leurs découvertes, qu’ils ont présentées le 13 juin lors de la 240e réunion de l’American Astronomical Society à Pasadena, en Californie, offrent un aperçu, à une échelle sans précédent, des processus qui accompagnent la mort des étoiles géantes. Le travail a été réalisé avec les collaborateurs Robert Humphreys de l’Université du Minnesota et Anita Richards de l’Université de Manchester au Royaume-Uni.

Les étoiles supergéantes extrêmes connues sous le nom d’hypergéantes sont très rares, avec seulement quelques-unes connues pour exister dans la Voie Lactée. Les exemples incluent Bételgeuse, la deuxième étoile la plus brillante de la constellation d’Orion, et NML Cygni, également connu sous le nom de V1489 Cygni, dans la constellation du Cygne. Contrairement aux étoiles avec des masses inférieures – qui sont plus susceptibles de gonfler une fois qu’elles entrent dans la phase de géante rouge mais conservent généralement une forme sphérique – les hypergéantes ont tendance à subir des événements de perte de masse substantiels et sporadiques qui forment des structures complexes et très irrégulières composées d’arcs, touffes et nœuds.

Située à environ 3 009 années-lumière de la Terre, VY Canis Majoris – ou VY CMa, en abrégé – est une étoile variable pulsante dans la constellation légèrement méridionale de Canis Major. S’étendant de 10 000 à 15 000 unités astronomiques (1 UA étant la distance moyenne entre la Terre et le Soleil), VY CMa est peut-être l’étoile la plus massive de la Voie lactée, selon Ziurys.

“Pensez-y comme à Betelgeuse sous stéroïdes”, a déclaré Ziurys, professeur Regents avec des nominations conjointes au département de chimie et de biochimie de l’UArizona et à l’observatoire Steward, tous deux faisant partie du College of Science. “Il est beaucoup plus grand, beaucoup plus massif et subit de violentes éruptions massives tous les 200 ans environ.”

L’équipe a choisi d’étudier VY CMa car c’est l’un des meilleurs exemples de ce type d’étoiles.

“Nous sommes particulièrement intéressés par ce que font les étoiles hypergéantes à la fin de leur vie”, a déclaré Singh, doctorant en quatrième année au laboratoire de Ziurys. “Les gens pensaient que ces étoiles massives évoluaient simplement en explosions de supernovae, mais nous n’en sommes plus sûrs.”

“Si tel était le cas, nous devrions voir beaucoup plus d’explosions de supernovae dans le ciel”, a ajouté Ziurys. “Nous pensons maintenant qu’ils pourraient s’effondrer tranquillement dans des trous noirs, mais nous ne savons pas lesquels finissent leur vie comme ça, ni pourquoi cela se produit et comment.”

L’imagerie précédente de VY CMa avec le télescope spatial Hubble de la NASA et la spectroscopie ont montré la présence d’arcs distincts et d’autres amas et nœuds, dont beaucoup s’étendent sur des milliers d’UA à partir de l’étoile centrale. Pour découvrir plus de détails sur les processus par lesquels les étoiles hypergéantes mettent fin à leur vie, l’équipe a entrepris de tracer certaines molécules autour de l’hypergéante et de les cartographier sur des images préexistantes de la poussière, prises par le télescope spatial Hubble.

“Personne n’a été en mesure de faire une image complète de cette étoile”, a déclaré Ziurys, expliquant que son équipe avait entrepris de comprendre les mécanismes par lesquels l’étoile perd de la masse, qui semblent être différents de ceux des étoiles plus petites entrant dans leur phase de géante rouge. à la fin de leur vie.

“Vous ne voyez pas cette belle perte de masse symétrique, mais plutôt des cellules de convection qui soufflent à travers la photosphère de l’étoile comme des balles géantes et éjectent de la masse dans différentes directions”, a déclaré Ziurys. “Ceux-ci sont analogues aux arcs coronaux observés dans le soleil, mais un milliard de fois plus grands.”

L’équipe a utilisé le Atacama Large Millimeter Array, ou ALMA, au Chili pour tracer une variété de molécules dans le matériau éjecté de la surface stellaire. Alors que certaines observations sont encore en cours, des cartes préliminaires d’oxyde de soufre, de dioxyde de soufre, d’oxyde de silicium, d’oxyde de phosphore et de chlorure de sodium ont été obtenues. À partir de ces données, le groupe a construit une image de la structure de sortie moléculaire globale de VY CMa à des échelles englobant tout le matériel éjecté de l’étoile.

“Les molécules tracent les arcs dans l’enveloppe, ce qui nous indique que les molécules et la poussière sont bien mélangées”, a déclaré Singh. “La bonne chose à propos des émissions de molécules aux longueurs d’onde radio est qu’elles nous fournissent des informations sur la vitesse, par opposition à l’émission de poussière, qui est statique.”

En déplaçant les 48 paraboles radio d’ALMA dans différentes configurations, les chercheurs ont pu obtenir des informations sur les directions et les vitesses des molécules et les cartographier dans les différentes régions de l’enveloppe de l’hypergéante de manière très détaillée, en les corrélant même à différents événements d’éjection de masse au fil du temps. .

Le traitement des données a nécessité de lourdes tâches en termes de puissance de calcul, a déclaré Singh.

“Jusqu’à présent, nous avons traité près d’un téraoctet d’ALMA, et nous recevons toujours des données que nous devons parcourir pour obtenir la meilleure résolution possible”, a-t-il déclaré. “Le simple étalonnage et le nettoyage des données nécessitent jusqu’à 20 000 itérations, ce qui prend un jour ou deux pour chaque molécule.”

“Avec ces observations, nous pouvons maintenant les mettre sur des cartes du ciel”, a déclaré Ziurys. “Jusqu’à présent, seules de petites parties de cette énorme structure avaient été étudiées, mais vous ne pouvez pas comprendre la perte de masse et la mort de ces grandes étoiles à moins de regarder toute la région. C’est pourquoi nous voulions créer une image complète.”

Grâce au financement de la National Science Foundation, l’équipe prévoit de publier ses découvertes dans une série d’articles.