La découverte d’une étoile binaire grâce au télescope spatial James Webb
Alors qu’il était assis dans son bureau, Naman Bajaj examinait les précieuses données qui ont conduit à la publication finale de sa trilogie d’articles, qui répondent progressivement à une question très complexe : pourquoi certains disques de formation planétaire se propagent-ils sur leurs étoiles ? Les trois études étaient solides, intéressantes – et surtout, terminées. Mais avant de mettre un point final à ces derniers points de données, fournis par le célèbre télescope spatial James Webb, Bajaj a décidé d’en tirer le maximum. Cependant, il ne s’attendait pas à ouvrir une nouvelle porte.
Naman Bajaj, astronome à l’Université de l’Arizona, a déclaré à Space.com : Mon conseiller est parti pour une conférence ou quelque chose du genre pendant un mois ; je m’amusais simplement avec les données en me demandant ce que je pouvais faire de plus. Y a-t-il quelque chose de plus que ces données peuvent nous dire ?
Bientôt, il ferait une découverte brillante. L’un des sujets stellaires sur lesquels lui et ses collaborateurs avaient déjà passé beaucoup de temps était en réalité une étoile double ; c’est juste que personne ne l’avait remarqué. Le cosmos, nous le rappelle constamment, est assez vaste pour qu’une paire d’étoiles qui se jouent à cache-cache puisse passer inaperçue. Un pixel dans cette image que nous regardons représente 14 UA , a déclaré Bajaj. Pour rappel, une unité astronomique, ou UA, représente la distance incroyablement énorme entre notre planète et le soleil – environ 93 millions de miles (150 millions de kilomètres). D’une certaine manière, il est remarquable qu’un être humain puisse faire cette découverte.
Pour comprendre comment Bajaj est parvenu à cette conclusion, rappelons-nous les trois premiers articles. Les trois concernaient la dynamique des disques remplis de matière autour des étoiles. C’est à l’intérieur de ces disques que les planètes peuvent se développer à partir de graines rocheuses ou gazeuses, c’est pourquoi ils sont si intéressants pour les scientifiques. Plus précisément, Bajaj et son équipe se demandaient pourquoi des matériaux provenant de ces disques tombaient parfois sur les étoiles qui les ancrent. C’est quelque chose de mystérieux. Par exemple, explique Bajaj, la Terre tourne autour du soleil, mais elle ne tombe pas sur le soleil parce qu’elle est constamment en orbite. Selon les lois de la physique établies par Isaac Newton, si l’orbite d’un objet n’est pas interrompue, il ne devrait pas commencer à changer sa trajectoire. Alors, l’équipe a pensé, peut-être que quelque chose perturbe ces disques qui tombent vers l’intérieur et qu’ils ne se comportent pas d’eux-mêmes. Tout cela aurait du sens si les disques perdaient un peu de leur moment angulaire, par exemple – mais pour cela, ils devraient peut-être perdre une partie de leur masse. Alors, comment cette perte de masse se produit-elle ? C’est la question de base à laquelle Bajaj et ses collègues chercheurs ont tenté de répondre.
La piste du papier
Pour comprendre comment Bajaj est arrivé à sa conclusion, rappelons-nous les trois premiers articles. Les trois concernaient la dynamique des disques remplis de matière autour des étoiles. C’est à l’intérieur de ces disques que les planètes peuvent se développer à partir de graines rocheuses ou gazeuses, c’est pourquoi ils sont si intéressants pour les scientifiques. Plus précisément, Bajaj et son équipe se demandaient pourquoi des matériaux provenant de ces disques tombaient parfois sur les étoiles qui les ancrent. C’est quelque chose de mystérieux. Par exemple, explique Bajaj, la Terre tourne autour du soleil, mais elle ne tombe pas sur le soleil parce qu’elle est constamment en orbite. Selon les lois de la physique établies par Isaac Newton, si l’orbite d’un objet n’est pas interrompue, il ne devrait pas commencer à changer sa trajectoire. Alors, l’équipe a pensé, peut-être que quelque chose perturbe ces disques qui tombent vers l’intérieur et qu’ils ne se comportent pas d’eux-mêmes. Tout cela aurait du sens si les disques perdaient un peu de leur moment angulaire, par exemple – mais pour cela, ils devraient peut-être perdre une partie de leur masse. Alors, comment cette perte de masse se produit-elle ? C’est la question de base à laquelle Bajaj et ses collègues chercheurs ont tenté de répondre.
La piste du papier
Le premier article de l’équipe confirmait que de forts vents pourraient déplacer verticalement la matière du disque. Le deuxième article cherchait à calculer la quantité de matière qui s’échappe à travers des jets expulsés depuis le disque, similaires aux vents mais beaucoup plus rapides et plus étroits. Le troisième article, quant à lui, avait pour but de relier les deux premiers, en comparant la perte de masse à travers les vents et la perte de masse à travers les jets. Mais Bajaj a remarqué quelque chose de suspect dans son ensemble de données finales.
Les travaux de son équipe sur les jets liés aux disques de haute énergie étaient basés sur quatre étoiles candidates dans la région de formation des étoiles du Taureau, située à environ 457 années-lumière de la Terre – et l’une de ces candidates avait un jet qui avait l’air… trop parfait ? Elle s’appelle TAU 042021. Cet objet particulier sortait du lot car il était si symétrique – c’est probablement le meilleur exemple de symétrie de jet que nous ayons jamais vu, je pense, a-t-il déclaré. La seule façon d’expliquer cette sorte de symétrie est par une étoile binaire.
Cette symétrie spécifique a dit à Bajaj que le jet qu’il voyait associé à TAU 042021 ne provenait probablement même pas du disque planétaire de l’étoile. Il pourrait provenir d’une autre étoile en orbite autour de l’originale. Ma première réaction a été : Oh, c’est génial, a déclaré Bajaj. Ce serait techniquement ma propre découverte en quelque sorte, donc j’étais très excité – mais en même temps, je me suis dit : Mais qu’est-ce que je sais ?
La prochaine étape, bien sûr, a été de tester son hypothèse autant que possible ; il a décidé d’utiliser des modèles de binaires connues pour s’assurer que tout était conforme. Et, eh bien, c’était le cas : À un moment donné, j’avais suffisamment étudié la littérature pour savoir que c’est réel.
Caractéristiques stellaires
Le fait que Bajaj examinait un rapport d’un pixel à 14 UA dans ses données, combiné au fait que les deux étoiles de la binaire nouvellement découverte sont des nourrissons qui n’ont pas encore commencé leur processus de fusion nucléaire à l’intérieur de leur noyau – nous en savons donc assez peu sur les sujets stellaires. Nous en savons cependant un peu. Par exemple, nous savons que les étoiles sont séparées par une distance de 1,35 UA, ce qui est assez proche en termes astronomiques. Si vous pouvez l’imaginer, cela signifie que les deux étoiles ne sont que légèrement plus éloignées que la Terre et le soleil. Nous savons également que la masse de l’une des étoiles devrait être d’environ 0,33 fois la masse du soleil, tandis que l’autre devrait être d’environ 0,07 fois la masse du soleil. N’oubliez pas, ce sont des étoiles bébés, donc ce n’est pas comme si deux objets de la taille du soleil étaient assis aussi proches l’un de l’autre. Et de manière fascinante, Bajaj a conclu que le disque entourant le système est vraiment (vraiment) épais – jusqu’à 250 UA en grains de poussière de la taille du micron. Cela correspond à près de 27 000 fois le diamètre du soleil, a-t-il remarqué. Pendant ce temps, le diamètre du disque est estimé atteindre jusqu’à 500 UA. Pour rappel, la distance entre le soleil et le bord de la ceinture de Kuiper qui s’étend bien au-delà de Neptune n’est que d’environ 50 UA.
Le fait que Bajaj ait examiné un rapport d’un pixel à 14 UA dans ses données, combiné au fait que les deux étoiles de la binaire nouvellement découverte sont des nourrissons qui n’ont pas encore commencé leur processus de fusion nucléaire à l’intérieur de leur noyau – nous en savons donc très peu sur les sujets stellaires. Nous en savons cependant un peu. Par exemple, nous savons que les étoiles sont séparées par une distance de 1,35 UA, ce qui est assez proche en termes astronomiques. Si vous pouvez l’imaginer, cela signifie que les deux étoiles ne sont que légèrement plus éloignées que la Terre et le Soleil. Nous savons également que la masse de l’une des étoiles devrait être d’environ 0,33 fois la masse du Soleil, tandis que l’autre devrait être d’environ 0,07 fois la masse du Soleil. N’oubliez pas, ce sont des étoiles bébés, donc il ne s’agit pas de deux objets de la taille du soleil qui sont assis aussi près l’un de l’autre. Et, de manière fascinante, Bajaj a conclu que le disque entourant le système est très (très) épais – jusqu’à 250 UA en grains de poussière de la taille du micron. Cela correspond à environ 27 000 fois le diamètre du soleil, a-t-il remarqué. Pendant ce temps, le diamètre du disque est estimé atteindre jusqu’à 500 UA. Pour rappel, la distance entre le soleil et la fin de la ceinture de Kuiper qui s’étend bien au-delà de Neptune n’est que d’environ 50 UA.
Conclusion
Malgré le chaos possible que cela pourrait causer, Bajaj espère continuer à examiner l’ensemble de données dont il pensait enfin se défaire. Il étudie les subtilités des trois autres étoiles et a un pressentiment rusé selon lequel l’une d’entre elles pourrait également être une binaire surprenante. Il est également intéressé par la question de savoir s’il pourrait y avoir plus d’un jet dans le système TAU 042021, peut-être un venant de chaque étoile au centre, et essaie de voir si le télescope spatial SPHEREx récemment lancé par la NASA peut aider. Les questions sont infinies, et il est bon de se rappeler que c’est ces réflexions que le télescope spatial James Webb a été construit pour inspirer en premier lieu. Il a vraiment tenu ses promesses. Comme le dit Bajaj : Ces ensembles de données du télescope spatial James Webb sont si magnifiques.
