Résumé :
Une équipe de recherche internationale dirigée par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) a découvert un système binaire rare : une étoile de faible masse située à environ 300 années-lumière de la Terre absorbe lentement la matière de son étoile compagne. Ce processus est différent du phénomène précédemment observé selon lequel les étoiles avalent rapidement des planètes, mais il s'agit d'un transfert de masse stable et à long terme qui peut même durer des milliards d'années.
Ce système s'appelle ZTF J0440+2325 et est situé dans la Voie Lactée. Les deux membres du système sont extrêmement proches l’un de l’autre, effectuant une orbite toutes les 87 minutes. L'objet le plus léger est une naine brune, environ 25 fois la masse de Jupiter ; l'autre étoile a environ 85 fois la masse de Jupiter. Les deux sont des objets de faible masse et l’orbite entière d’une naine brune peut même s’adapter au diamètre du soleil.
Les observations traditionnelles montrent que la plupart des planètes tournent autour de leurs étoiles sur des orbites stables, avec seulement quelques cas montrant des étoiles engloutissant rapidement des planètes trop proches. Cette découverte montre une toute nouvelle façon d’évolution. Les chercheurs ont souligné dans un article publié dans la revue Nature Astronomy que c'est la première fois que des humains observent directement une étoile de faible masse en acquérant de manière continue et stable du matériel provenant d'un autre corps céleste de faible masse.
Cette découverte est née d'une observation inhabituelle il y a quelques années. Kevin Birch, professeur agrégé de physique au MIT, a remarqué une courbe de luminosité inhabituelle en examinant les données d'observation du Zwicky Transient Survey (ZTF). Au lieu de la courbe de luminosité en forme de cloche commune aux explosions de supernova, cette cible présente des fluctuations triangulaires récurrentes.
À l'époque, l'équipe de recherche étudiait un autre système appelé « binaire veuve noire ». Dans un tel système, une étoile à neutrons dense et en rotation rapide dévorera progressivement son étoile compagne la moins massive. Cependant, les caractéristiques observées de la cible nouvellement découverte ne sont pas cohérentes avec celles du binaire Black Widow. Selon la théorie, l'étoile binaire Black Widow devrait présenter un effet d'oscillation réciproque évident, mais ce phénomène n'est pas apparu dans les résultats d'observation, ce qui a rendu les chercheurs incapables d'expliquer sa véritable identité pendant un certain temps.
Ces dernières années, Burch et Aaron Householder, étudiant diplômé du MIT, ont réexaminé ce signal mystérieux. Ils avancent une conjecture : si la masse globale du système est inférieure, le mouvement orbital entre les deux corps célestes sera plus fluide et il n’y aura pas de violentes oscillations. Afin de vérifier cette idée, l’équipe de recherche a utilisé plusieurs télescopes pour effectuer des observations de suivi de la cible.
Les observations montrent que le système présente une oscillation légère mais mesurable. Grâce à une analyse comparative avec les systèmes d'étoiles binaires connus, les chercheurs ont confirmé qu'il ne contient pas d'étoile à neutrons. En fin de compte, ils ont déterminé qu’il s’agissait d’un système binaire composé d’une étoile de faible masse et d’une naine brune, et que l’oscillation était trop petite pour être provoquée par d’autres types d’objets.
Après avoir déterminé les masses et les paramètres orbitaux des deux corps célestes, l'équipe de recherche a étudié s'il existait un phénomène de transfert de matière. Dans des circonstances normales, le processus d'accrétion est plus courant dans les objets compacts tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons, et leur forte gravité rassemblera le matériau de l'étoile compagnon pour former un disque d'accrétion.
Mais dans ce système, l'accréteur n'est pas un très petit trou noir, mais une étoile de taille réelle relativement grande. Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour suivre le mouvement des particules matérielles à la surface des naines brunes, et les résultats ont montré que ces matériaux tomberaient directement sur la surface de l'étoile au lieu de former un disque d'accrétion typique.
La simulation a en outre confirmé que c'est la première fois qu'une étoile de faible masse accumule activement de la matière provenant d'un autre objet de faible masse. Les chercheurs ont expliqué que le matériau tombant frapperait la surface de l'étoile à des vitesses extrêmement élevées, un processus similaire à celui d'un astéroïde frappant la lune.
Cet impact continu explique également la courbe de luminosité triangulaire découverte à l'origine. Lorsque les naines brunes tournent autour de leurs étoiles, des points chauds à haute température formés par des chutes de matière apparaissent périodiquement dans le champ de vision. Lorsque le point chaud fait face à la Terre, la luminosité atteint son apogée, formant une forme d’onde triangulaire régulière.
L'équipe de recherche estime que la masse délivrée chaque année par les naines brunes aux étoiles équivaut à environ un cent millième de la masse de la Terre. Une fois converti, cela équivaut au flux de matériaux d’environ 40 millions de camions-bennes lourds par seconde, ou à la masse correspondant à environ 1,3 billion de burritos d’une livre par seconde.
Bien que cette valeur semble étonnante, ce taux de perte reste très lent comparé à l'énorme masse de la naine brune elle-même. Par conséquent, les chercheurs pensent que ce processus de « manger » ne se terminera pas rapidement, mais peut se poursuivre sur des échelles de temps extrêmement longues.
Les chercheurs ont souligné que la compréhension antérieure de l’interaction entre les étoiles, les planètes et les naines brunes était généralement que les étoiles finiraient par engloutir complètement ces dernières. Par exemple, lorsque le Soleil évoluera vers une géante rouge dans le futur, la Terre sera probablement confrontée à un tel sort. Cependant, ZTF J0440+2325 montre une autre possibilité : l'étoile n'avale pas nécessairement l'étoile compagne d'un seul coup, mais peut progressivement « cannibaliser » la compagne de manière longue et stable, et poursuivre ce processus pendant des milliards d'années.
Une fois le mystère des changements de luminosité du triangle résolu, l'équipe de recherche prévoit de rechercher d'autres systèmes similaires. Ils espèrent utiliser ces connaissances pour mieux comprendre les nouveaux mécanismes d’interaction possibles entre les planètes, les naines brunes et les étoiles hôtes, et pour approfondir la compréhension humaine du processus d’évolution stellaire.
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