Stellar surf's up: Monster waves as tall as three suns are crashing upon a colossal star
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Le surf stellaire est en place : des vagues monstrueuses aussi hautes que trois soleils s'écrasent sur une étoile colossale
par le Centre Harvard-Smithsonian d'Astrophysique
PHOTO/Weiss, CfA
Un système stellaire extrême donne un nouveau sens à l'expression « surfer ».
Le système stellaire a intrigué les chercheurs car il s’agit de « l’étoile au rythme cardiaque » le plus spectaculaire jamais enregistrée. Aujourd’hui, de nouveaux modèles révèlent que des vagues titanesques, générées par les marées, se brisent à plusieurs reprises sur l’une des étoiles du système – c’est la première fois que ce phénomène est observé sur une étoile.
Les étoiles de battement de coeur sont des étoiles en paires rapprochées qui pulsent périodiquement en luminosité, comme le rythme d'un cœur qui bat sur un appareil ECG. Les étoiles des systèmes de battement de cœur bouclent sur des orbites ovales allongées. Chaque fois qu'elles se rapprochent, la gravité des étoiles génère des marées, tout comme la Lune crée les marées océaniques sur Terre. Les marées étirent et déforment la forme des étoiles, modifiant la quantité de lumière stellaire provenant d'elles lorsque leurs côtés larges ou étroits font alternativement face à la Terre.
Une nouvelle étude explique pourquoi les fluctuations de luminosité d’un système stellaire à rythme cardiaque particulièrement extrême sont environ 200 fois supérieures à celles des étoiles à rythme cardiaque typiques. La cause : des vagues gargantuesques qui roulent sur la plus grande étoile, se soulevant lorsque sa plus petite étoile compagne passe régulièrement à proximité. Selon l'étude, ces raz-de-marée atteignent des hauteurs et des vitesses si élevées qu'ils se brisent, comme les vagues de l'océan, et s'écrasent sur la surface de la grande étoile.
Surnommé « étoile battante » par les astronomes, le système offre un aperçu sans précédent de la façon dont les étoiles massives interagissent.
"Chaque écrasement des imposants raz de marée de l'étoile libère suffisamment d'énergie pour désintégrer notre planète entière plusieurs centaines de fois", explique Morgan MacLeod, chercheur postdoctoral en astrophysique théorique au Centre d'astrophysique | Harvard & Smithsonian (CfA) et auteur d'une nouvelle étude publiée dans Nature Astronomy rapportant les résultats. "Ce sont de très grosses vagues."
Et pourtant, selon le professeur Abraham (Avi) Loeb, conseiller de MacLeod, directeur de l'Institut de théorie et de calcul du CfA et autre auteur de l'article, "les vagues déferlantes dans les étoiles sont aussi belles que celles des plages de nos océans".
Les étoiles à rythme cardiaque ont été observées pour la première fois lorsque le télescope spatial Kepler de la NASA, chargé de la chasse aux exoplanètes, a détecté leurs pulsations de luminosité stellaire révélatrices.
Une simulation informatique de la dynamique des gaz du système montre que lors d'un passage rapproché, le gaz est soulevé en un énorme raz de marée sur la plus grande étoile avant de retomber à la surface. Crédit : Morgan MacLeod, CfA
La star du chagrin extrême, cependant, est tout sauf subtile. La plus grande étoile du système a près de 35 fois la masse du Soleil et, avec son étoile compagne plus petite, est officiellement désignée MACHO 80.7443.1718, non pas à cause d'une quelconque force stellaire, mais parce que les changements de luminosité du système ont été enregistrés pour la première fois par le système. Projet MACHO dans les années 1990, qui cherchait des signes de matière noire dans notre galaxie.
La luminosité de la plupart des étoiles à rythme cardiaque ne varie que d'environ 0,1 %, mais MACHO 80.7443.1718 a sauté aux yeux des astronomes en raison de ses variations de luminosité spectaculaires sans précédent, de haut en bas de 20 %. "Nous ne connaissons aucune autre étoile dont le rythme cardiaque varie autant", déclare MacLeod.
Pour percer le mystère, MacLeod a créé un modèle informatique de MACHO 80.7443.1718. Son modèle a montré comment la gravité en interaction des deux étoiles génère des marées massives dans la plus grande étoile. Les raz de marée qui en résultent s'élèvent jusqu'à environ un cinquième du rayon de l'étoile géante, ce qui équivaut à des vagues aussi hautes que trois soleils empilés les uns sur les autres, soit environ 2,7 millions de kilomètres de haut.
Les simulations montrent que les vagues massives commencent comme des houles douces et organisées, tout comme les vagues de l'eau océanique, avant de s'enrouler sur elles-mêmes et de se briser. Comme les amateurs de plage le savent, les vagues océaniques puissantes projettent des embruns et des bulles, laissant "un gros désordre mousseux" là où il y avait autrefois une vague lisse, a déclaré MacLeod.L'énorme libération d'énergie des vagues déferlantes sur MACHO 80.7443.1718 a deux effets, montre le modèle de MacLeod. Il fait tourner la surface stellaire de plus en plus vite et projette du gaz stellaire vers l’extérieur pour former une atmosphère stellaire rotative et lumineuse.
Environ une fois par mois, les deux étoiles se croisent et une nouvelle vague monstre déferle sur la surface de l'étoile déchirante. Cumulativement, cette agitation a fait gonfler la grande étoile de MACHO 80.7443.1718 à son équateur d'environ 50 % de plus qu'à ses pôles. Et, à chaque nouvelle vague qui passe, davantage de matière est projetée vers l'extérieur, comme « une croûte de pizza qui tourne et qui projette des morceaux de fromage et de sauce », explique MacLeod. La lueur caractéristique de cette atmosphère était l'un des principaux indices que les vagues se brisaient à la surface de l'étoile, selon MacLeod.
Aussi sans précédent que soit MACHO 80.7443.1718, il est peu probable qu’il soit unique. Sur les près de 1 000 étoiles à rythme cardiaque découvertes jusqu'à présent, environ 20 d'entre elles présentent d'importantes fluctuations de luminosité approchant celles du système simulé par MacLeod et Loeb. "Cette étoile déchirante pourrait bien être la première d'une classe croissante d'objets astronomiques", déclare MacLeod. "Nous prévoyons déjà de rechercher davantage d'étoiles déchirantes, à la recherche des atmosphères lumineuses projetées par leurs vagues déferlantes."
Tout bien considéré, MacLeod dit que nous avons de la chance d'avoir capturé l'étoile dans cette phase : "Nous assistons à un moment bref et transformateur dans une longue vie stellaire." Et en observant les vagues colossales rouler sur une surface stellaire, les astronomes espèrent comprendre à quel point les interactions étroites façonnent l’évolution des paires d’étoiles.
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Cmmentaires
Ces penomes paraissent d une ampleur fantastique et posent la question de la répétivité du systeme ..Les calculs sur ce modele permettent ils de savoir comnbien de fois il est
susceptible de se reproduire???
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More information: Morgan MacLeod et al, Breaking waves on the surface of the heartbeat star MACHO 80.7443.1718, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02036-3
Journal information: Nature Astronomy
Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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