Les astrophysiciens pourraient avoir percé le mystère des étoiles en voie de disparition

Plutôt que de mourir dramatiquement dans une explosion massive de supernova, certaines grandes étoiles peuvent mourir tranquillement et sans fanfare.

Cela pourrait expliquer la disparition mystérieuse et soudaine de certaines étoiles du ciel nocturne repérées par les astronomes au fil des années, selon un nouvel article de la revue Lettres d’examen physique.

Ces étoiles massives peuvent s’effondrer complètement sur elles-mêmes et devenir des trous noirs sans supernova, ce qui a longtemps été considéré comme un élément nécessaire à la mort d’une grande étoile.

Les étoiles « brûlent » grâce à un processus appelé fusion nucléaire, qui consiste à combiner des atomes d’hydrogène plus légers en hélium plus lourd, libérant ainsi une énorme quantité d’énergie sous forme de lumière et de chaleur. Lorsque cet hydrogène commence à s’épuiser, l’étoile entre dans la dernière étape de sa vie et commence à mourir.

Les étoiles peuvent mourir de différentes manières en fonction de leur masse. Lorsque les étoiles manquent d’hydrogène, le noyau de l’étoile se contracte et se réchauffe, provoquant l’expansion et le refroidissement des couches externes, et l’étoile devient une géante rouge. Les étoiles plus petites – jusqu’à environ 8 fois la masse de notre soleil – finiront par expulser ces couches externes et le noyau deviendra une naine blanche. Les étoiles plus grandes, en revanche, passent par plusieurs étapes de fusion nucléaire, créant des éléments de plus en plus lourds jusqu’à ce que le fer soit produit, moment auquel la fusion nucléaire s’arrête, l’étoile s’effondre sous sa propre gravité, puis explose dans une énorme explosion d’énergie. connue sous le nom de supernova.

Si le noyau stellaire restant mesure entre 1,4 et 3 masses solaires, il s’effondrera en une étoile à neutrons, un objet incroyablement dense composé principalement de neutrons, tandis que si le noyau mesure plus de 3 masses solaires, il s’effondrera en un trou noir. , un point dans l’espace dont la gravité est si forte que même la lumière ne peut s’échapper. à partir de cela.

Cependant, cette nouvelle recherche a trouvé des preuves solides que d’énormes étoiles peuvent mourir et former un trou noir sans aucune supernova, dans un processus connu sous le nom d’« effondrement complet ».

“Nous pensons que le noyau d’une étoile peut s’effondrer sous son propre poids, comme cela arrive aux étoiles massives dans la phase finale de leur vie. Mais au lieu de la contraction aboutissant à une brillante explosion de supernova qui éclipserait sa propre galaxie, attendue pour les étoiles plus de huit fois plus massive que le Soleil, l’effondrement se poursuit jusqu’à ce que l’étoile devienne un trou noir”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Alejandro Vigna-Gómez, chercheur à l’Institut Max Planck d’astrophysique et postdoctorant à l’Université de Copenhague. L’Institut Niels Bohr au cours de l’étude, a déclaré dans un communiqué.

Selon les chercheurs, cette découverte pourrait également expliquer le phénomène de disparition silencieuse des étoiles du ciel sans l’explosion explosive d’une supernova.

“Si l’on regardait une étoile visible en train de s’effondrer totalement, cela pourrait, juste au bon moment, être comme regarder une étoile s’éteindre soudainement et disparaître du ciel. L’effondrement est si complet qu’aucune explosion ne se produit, rien s’échappe et on ne verrait aucune supernova brillante dans le ciel nocturne. Les astronomes ont en fait observé la disparition soudaine d’étoiles brillantes ces derniers temps. Nous ne pouvons pas être sûrs d’un lien, mais les résultats que nous avons obtenus en analysant VFTS 243 l’ont apporté. nous sommes beaucoup plus proches d’une explication crédible”, a déclaré Vigna-Gómez.

Cette découverte a été motivée par l’observation d’un système d’étoiles binaires appelé VFTS 243 dans une petite galaxie voisine connue sous le nom de Grand Nuage de Magellan, composé d’une grande étoile et d’un trou noir d’une masse environ 10 fois supérieure à celle de notre soleil.

Ce système devrait avoir des traces de l’étoile trou noir devenue supernova dans le passé, mais les astronomes n’ont pu trouver aucune preuve de ce type.

“Normalement, les événements de supernova dans les systèmes stellaires peuvent être mesurés de différentes manières après leur apparition. Mais malgré le fait que VFTS 243 contient une étoile qui s’est effondrée dans un trou noir, les traces d’une explosion sont introuvables. VFTS 243 est un système extraordinaire. L’orbite du système a à peine changé depuis l’effondrement de l’étoile dans un trou noir”, a déclaré Vigna-Gómez.

Les astronomes se seraient attendus à voir les signes d’un « coup de pied natal », c’est-à-dire lorsqu’une étoile à neutrons ou un trou noir formé dans une supernova est accéléré entre 100 et 1 000 km par seconde par les immenses forces de l’explosion de la supernova. Le trou noir du système VFTS 243 ne semble cependant avoir été accéléré qu’à environ 4 km/s. De plus, les forces de supernova affectent généralement la symétrie de l’orbite d’un système stellaire binaire, mais aucun effet de ce type n’a été observé dans le système VFTS 243.

“L’orbite du VFTS est presque circulaire et notre analyse indique qu’il n’y a aucun signe de grandes asymétries lors de l’effondrement. Cela indique encore une fois l’absence d’explosion”, a déclaré Vigna Gomez.

Le trou noir du système VFTS 243 semble donc être né sans supernova.

“Notre analyse indique sans équivoque que le trou noir de VFTS 243 s’est très probablement formé immédiatement, l’énergie étant principalement perdue via les neutrinos”, a déclaré la co-auteure Irene Tamborra, également chercheuse à l’Institut Niels Bohr, dans un communiqué.

On espère que cette découverte ouvrira de nouvelles portes à l’étude de la mort des étoiles et de la naissance des trous noirs.

“Nos résultats mettent en évidence VFTS 243 comme le meilleur cas observable jusqu’à présent pour la théorie des trous noirs stellaires formés par un effondrement total, où l’explosion de la supernova échoue et dont nos modèles ont montré la possibilité. Il s’agit d’une vérification importante de la réalité pour ces modèles. Et nous espérons certainement que le système servira de référence cruciale pour les recherches futures sur l’évolution et l’effondrement des étoiles”, a déclaré Tamborra.