Découverte d’un système binaire fascinant

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Une illustration montre le système d'étoiles binaires TMTS J0526. Crédits : Jingchuan Yu, Planétarium de Pékin)

Des astronomes ont récemment fait une découverte remarquable en identifiant un système binaire au sein duquel une naine blanche orbite autour de son compagnon stellaire à une vitesse extraordinaire.

Compagnons binaires

Les naines blanches émergent de l’épuisement des réserves d’hydrogène dans le noyau des étoiles de taille similaire à celle du Soleil. Ce processus entraîne l’effondrement du noyau stellaire, tandis que les couches externes de l’étoile s’étendent, la transformant en une géante rouge. Le refroidissement subséquent donne naissance à des naines blanches entourées d’enveloppes de gaz et de poussière.

Même si Soleil deviendra une naine blanche solitaire dans environ cinq milliards d’années, toutes n’ont pas ce destin et certaines forment des systèmes binaires avec d’autres étoiles. Dans ces configurations binaires, les étoiles partagent souvent une « enveloppe commune » de gaz.

Flash d’hélium

Avec le temps, l’accumulation d’hélium à l’intérieur de la naine blanche atteint parfois un point critique. Les conditions au cœur de l’objet deviennent en effet extrêmes en termes de pression et de température. En conséquence, une réaction nucléaire appelée « flash d’hélium » se déclenche. Elle implique la fusion de l’hélium en éléments plus lourds, libérant une quantité massive d’énergie.

Cette énergie est si importante qu’elle peut entraîner une éjection violente de l’enveloppe de gaz commune partagée avec le compagnon stellaire dans le système binaire. Cette enveloppe commune est souvent composée de gaz et de poussière provenant de l’évolution précédente de l’étoile.

Lorsque l’enveloppe de gaz est éjectée, le compagnon stellaire de la naine blanche subit alors une transformation. Il peut être compressé et chauffé de manière significative, se transformant en une étoile sous-naine avec une masse inférieure à celle d’une naine blanche.

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Illustration d’une naine blanche comparée à la taille de la Lune. Crédits : Giuseppe Parisi

Périodes orbitales très courtes

Par la suite, une deuxième éjection d’enveloppe de gaz commune peut être éjectée par l’inflammation du noyau riche en hélium dans l’étoile sous-naine. Cet événement, qui peut être déclenché par divers facteurs, y compris des processus thermonucléaires, transforme alors cette étoile sous-naine en un objet encore moins massif.

La suite du processus implique que l’étoile sous-naine et la naine blanche se rapprochent l’une de l’autre, ce qui a pour effet de générer des ondes gravitationnelles. Ces ondulations dans l’espace-temps prédites par Einstein en 1915 emportent le moment cinétique, rapprochant alors les deux étoiles de plus en plus vite et donnant naissance à un binaire compact avec des périodes orbitales très courtes.

Récemment, des astronomes de l’Université Tsinghua ont observé un tel système, nommé TMTS J0526, situé à environ 2 760 années-lumière de la Terre. Dans ce système, une étoile naine blanche, représentant environ 74% de la masse du Soleil, orbite autour d’une étoile sous-naine chaude en seulement 20 minutes. Ce n’est pas un record, mais cela reste remarquable.

Il s’agit par ailleurs de la première preuve observationnelle de la formation d’une sous-naine chaude via l’éjection d’une enveloppe commune secondaire.

Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature Astronomy.