La survie des petites étoiles autour des trous noirs
La mort par trou noir n’est pas toujours inévitable pour les étoiles qui existent dans des systèmes binaires avec l’un de ces titans cosmiques. Il peut y avoir un moyen pour les petites étoiles de tels systèmes d’éviter leur destin prévu : les supernovas violentes qui se terminent par la création d’un autre trou noir. Ce mécanisme attendu est également supposé transformer les petites étoiles en en-cas pour leurs partenaires trous noirs.
Cette révélation provient de deux étranges systèmes binaires de trous noirs découverts par le télescope spatial de haute précision Gaia. Les systèmes contiennent en réalité deux des trous noirs les plus proches de la Terre. Les trous noirs sont désignés BH1 et BH2 et se trouvent à seulement 1 560 et 3 800 années-lumière de la Terre dans la direction de la constellation du Serpentaire. Les systèmes dans lesquels ils résident contiennent des étoiles en orbites larges qui ne sont pas nourries par leurs compagnons trous noirs et qui se trouvent encore au même stade d’évolution que le Soleil. C’est extraordinaire, car les étoiles compagnes ne sont censées pas survivre à la transformation de leur étoile partenaire massive en trou noir. Cela s’explique par le fait que la transformation en trou noir est violente et turbulente, les étoiles massives se dilatent et engloutissent les compagnons avant d’exploser et de frapper les compagnons plus petits avec de la matière stellaire et suffisamment d’énergie pour les détruire ou les expulser de leur orbite. Cela signifie que les petites étoiles compagnes des trous noirs sont généralement soit détruites, dévorées ou éjectées.
Un destin évité grâce aux vents stellaires
Cependant, les étoiles compagnes de BH1 et BH2 semblent encore être dans la phase de la séquence principale, bien que cela ne soit pas encore clair. De plus, le transfert de masse entre les étoiles compagnes et les étoiles qui sont mortes pour créer ces trous noirs aurait dû resserrer les orbites de ces systèmes.
Dans ces cas, des systèmes se développent avec des trous noirs en binaires avec des étoiles compagnes. Cependant, dans ces cas, les étoiles compagnes dans ces orbites serrées seraient si proches du trou noir que ce titan cosmique commencerait à arracher la matière stellaire. Cette matière formerait un disque de matière autour du trou noir qui le nourrirait progressivement. Ainsi, les binaires étoile/trou noir sont généralement identifiés par leurs fortes émissions de rayons X. Cependant, les systèmes BH1 et BH2 ne présentent pas ces signatures de rayons X.
Si les étoiles avaient été assez proches de leurs partenaires trous noirs, elles auraient même pu être écrasées et comprimées en une forme de spaghettification stellaire par la gravité immense et les forces de marée qui en découlent. Cette mort par spaghettification et dévoration de matière stellaire est connue sous le nom d’événement de perturbation de marée ou Tidal Disruption Event (TDE). Ils sont associés à des émissions lumineuses de rayonnement. Et encore une fois, c’est quelque chose que les étoiles autour de BH1 et BH2 ont évité.
La réponse se trouve dans les vents stellaires puissants. Selon l’équipe de recherche dirigée par Matthias Kruckow, la clé de la survie est les vents forts qui soufflent des étoiles extrêmement massives ayant des concentrations élevées d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, que les astronomes appellent des métaux. Ces vents aident non seulement à empêcher le transfert de masse de se produire entre les étoiles avant la formation du trou noir, mais ils font également perdre de la masse à l’étoile progénitrice massive et la font diminuer en taille. Les forts vents de l’étoile massive repoussent également l’étoile compagne dans une orbite plus large. Ces éléments aident à protéger l’étoile compagne d’être engloutie alors que leurs compagnons massifs deviennent des supernovas. Les mêmes facteurs créent également une orbite plus large qui empêche l’étoile de connaître une mort horrible par TDE ou d’être alimentée par son trou noir compagnon.
À la recherche des systèmes binaires de trous noirs
Alors que ces vents et les binaires larges qui en résultent sont utiles pour la survie des petites étoiles autour des trous noirs, ils sont un peu un obstacle pour les astronomes à la recherche de tels systèmes. Cette orbite plus large a rendu difficile au départ de confirmer BH1 et BH2 en tant que binaires car les astronomes ne pouvaient observer que les éléments de l’étoile semblables au Soleil tandis que leurs partenaires trous noirs restaient invisibles.
De plus, les longues périodes requises pour réobserver l’étoile sur une longue période afin de couvrir toute l’orbite. Cela est nécessaire pour différencier les binaires des passages aléatoires. Kruckow a ajouté que Gaia est conçu pour produire des images avec une très haute résolution, ce qui signifie qu’une comparaison des images permet aux astronomes de voir le mouvement minuscule de ces étoiles lointaines.
Pour l’instant, c’est la seule façon de détecter ces systèmes binaires de trous noirs et d’étoiles larges, a déclaré Kruckow. Malheureusement, on ne sait pas très bien dans quelle mesure des systèmes comme BH1 et BH2 peuvent être courants, mais nous nous attendons à en avoir des centaines à des milliers dans notre galaxie, a déclaré Kruckow. L’incertitude provient d’un manque de connaissance des étoiles extrêmement massives qui forment des trous noirs, en particulier lorsque ces étoiles sont en binaires.
Malgré cette incertitude, l’équipe s’attend à ce que Gaia puisse découvrir plusieurs pour cent de ces binaires dans la Voie lactée.
Ainsi, nous pouvons espérer que des dizaines à une centaine seront découvertes avec les prochaines publications de données de Gaia, a conclu Kruckow.
