Le vampire cosmique et son destin tragique
Introduction
Imaginez manger autant que vous pouvez, devenir de plus en plus lourd tout en devenant de plus en plus mince. Cela semble être un rêve, surtout après la période festive, n’est-ce pas ? Eh bien, peut-être pas pour tout ce qui existe dans le cosmos. Malheureusement, le régime festin d’une étoile morte annonce sa destruction relativement imminente dans une violente explosion de supernova. C’est la définition du pas de douleur, pas de gain.
La danse cosmique d’un vampire stellaire
La rotation rapide de cette naine blanche, qui vampirise de la matière stellaire à partir d’une étoile compagnon, pourrait s’expliquer par son rayon en diminution. Bien que la naine blanche n’explose pas en supernova de notre vivant, elle explosera relativement bientôt dans les termes cosmiques. La naine blanche en question est le compagnon compact de l’étoile HD 49798, située à environ 1 700 années-lumière de la Terre, avec une masse d’environ 1,5 fois celle du soleil. Les astronomes recherchent cet objet mystérieux depuis 1997, lorsqu’il a été découvert qu’il émettait des rayons X. En 2009, le télescope XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne a confirmé que l’objet est bel et bien une naine blanche, désignée sous le nom de RX J0648.0-4418. RX J0648.0–4418 a une masse d’environ 1,2 fois la masse du soleil et est la naine blanche à la rotation la plus rapide jamais observée, tournant environ une fois toutes les 13 secondes. C’est presque deux fois plus rapide que la deuxième naine blanche la plus rapide, LAMOST J0240+1952, qui tourne une fois toutes les 25 secondes. La rotation de RX J0648.0–4418 est si rapide qu’elle ne peut pas être expliquée par son appétit vorace seul.
L’explication du mystère : la réduction du rayon
Une nouvelle analyse menée par le chercheur du National Institute of Astrophysics (INAF), Sandro Mereghetti, a confirmé que la clé de la vitesse de cette étoile vampire pourrait être le fait qu’elle rétrécit. La chose la plus intrigante est la vitesse de rotation de l’objet compact qui l’acquiert. Cela est difficile à expliquer, étant donné le faible taux de masse et de moment angulaire acquis, a déclaré Mereghetti à Space.com. Ce qui rend ce système extraordinaire, ce n’est pas seulement la vitesse de RX J0648.0-4418. Ce système est également le seul binaire à émission de rayons X qui présente une naine blanche récupérant de la matière stellaire provenant d’une étoile sous-naine très évoluée brûlant de l’hélium. Ce système est assez différent de tous les autres binaires à rayons X que nous connaissons : aucun d’entre eux ne possède une sous-naine chaude qui perd de la masse sur une naine blanche, a ajouté Mereghetti. Il s’agit probablement d’une étape éphémère de l’évolution des binaires, ce qui pourrait expliquer la rareté de systèmes similaires.
Les naines blanches et leur festin stellaire
Les naines blanches naissent lorsque les étoiles, dont la masse atteint environ huit fois celle du soleil, épuisent leur réserve d’énergie nécessaire à la fusion nucléaire dans leur noyau. Cela met fin à l’écoulement de l’énergie qui soutient l’étoile face à sa propre gravité. Le noyau de l’étoile s’effondre, tandis que les couches externes se gonflent et se perdent finalement, emportant avec elles la grande majorité de la masse de l’étoile. Alors que cela entraînera une mort solitaire pour certaines étoiles comme le soleil, qui subira ce processus dans environ 5 milliards d’années, les naines blanches ayant des compagnons stellaires peuvent reprendre vie en se nourrissant de leurs étoiles partenaires. Cette alimentation peut augmenter la vitesse de rotation des naines blanches qui se nourrissent. Les naines blanches dans les binaires se nourrissent de matière provenant de leur étoile compagne. Cet écoulement de matière forme un disque d’accrétion autour de la naine blanche, explique Mereghetti. Le bord interne du disque tourne plus rapidement que la naine blanche, ce qui signifie que la matière qui se dépose à la surface de la naine blanche produit un couple qui fait tourner l’étoile. Cela signifie que non seulement l’accrétion de matière est importante pour la naine blanche, mais aussi le moment angulaire associé lorsque l’on considère la vitesse de rotation des naines blanches. Pourtant, cela n’est pas suffisant pour expliquer la vitesse de rotation très rapide de cette naine blanche en particulier. Il existe une relation bien connue entre le taux d’accrétion de masse et le moment angulaire, ajoute Mereghetti. Cela signifie que, pour un taux d’accrétion donné, nous pouvons estimer à quelle vitesse une naine blanche tournerait. Le taux d’accrétion dans HD49798 a été bien estimé à partir de sa luminosité en rayons X, qui dépend également du taux d’accrétion, et il s’avère insuffisant pour produire la vitesse de rotation mesurée. La vitesse de rotation de cette naine blanche peut être expliquée si le moment d’inertie de la naine blanche diminue au fil du temps à mesure que la naine blanche se contracte. Une chose très similaire se produit ici sur Terre (bien que sur une échelle beaucoup plus petite) lorsqu’un patineur qui tourne rapproche ses bras pour tourner plus rapidement. Les naines blanches rétrécissent lentement pendant les premiers millions d’années de leur vie, explique Mereghetti. Cela provoque un changement dans le moment d’inertie qui peut expliquer la vitesse de rotation mesurée de cette naine blanche. Alors que d’autres systèmes binaires avec des naines blanches que nous avons observés ont des milliards d’années, celui-ci n’a que quelques millions d’années. C’est peut-être pourquoi les scientifiques ont pu observer cette naine blanche alors qu’elle se contracte. Et parlons maintenant de la vie des naines blanches, car celle-ci pourrait avoir une vie courte. Quand cette naine blanche explosera-t-elle ? RX J0648.0-4418 n’est pas seulement la naine blanche à la rotation la plus rapide jamais détectée, elle est aussi l’une des plus massives jamais découvertes. Cela est lié à sa durée de vie prévue. La plupart des naines blanches que nous avons découvertes ont une masse d’environ 0,6 fois celle du soleil, mais celle-ci a deux fois cette masse. C’est significatif, car cela signifie que cette naine blanche est très proche de la limite de Chandrasekhar de 1,4 masse solaire. À la limite de Chandrasekhar, un corps stellaire a suffisamment de masse pour exploser en supernova. Il existe une masse limite qu’une naine blanche peut soutenir, environ 1,4 fois la masse solaire. La naine blanche de ce système est déjà assez proche de cette limite, et elle accumule de la masse, a déclaré Mereghetti. Des calculs théoriques donnent des estimations légèrement différentes de quand ce système explosera en supernova, mais toutes sont inférieures à 100 000 ans. Si cela semble être une période exceptionnellement longue, eh bien, c’est en termes de nos propres vies, mais considérons que notre soleil d’âge moyen a environ 4,6 milliards d’années. 100 000 ans est un temps très court en termes astronomiques, a confirmé Mereghetti. La destruction par supernova de cette naine blanche sera accélérée par le fait que, au fur et à mesure que ce système vieillit, la vitesse à laquelle il vole de la matière à son compagnon augmentera en raison de l’évolution de son étoile victime ou donneuse. Le donneur est maintenant dans une phase évolutive de combustion d’hélium dans laquelle il émet un vent ténu, à partir duquel la naine blanche accumule de la matière, a déclaré Mereghetti. Mais cette étoile brûlant de l’hélium se dilatera à la fin de cette étape, et ses couches externes seront alors soumises à une attraction gravitationnelle beaucoup plus forte de la part de la naine blanche.
Conclusion
Avant d’exploser, il y a beaucoup à apprendre sur le binaire HD 49798/RX J0648.0-4418. Mereghetti, qui faisait partie de l’équipe qui a découvert la véritable nature de ce système il y a 16 ans, continuera à en percer les mystères. De nombreux aspects de l’émission de rayons X de ce binaire ne sont pas très bien compris, en partie en raison de l’unicité de ce système, a déclaré Mereghetti. Les observations de rayons X avec des instruments futurs plus sensibles aideront. La recherche de Mereghetti est publiée dans un article préexaminé sur le site de dépôt arXiv.
