Étoiles Binaires

Le Soleil est entouré de millions d'étoiles binaires !

2024

Le Soleil tourne seul autour de son orbite galactique, un voyage solitaire à travers l'espace.

Mais pour la moitié des étoiles de la Voie lactée, ce n'est pas le cas. Ils existent avec un compagnon, un duo parcourant le cosmos ensemble. Liés par la gravité, ces étoiles binaires présentent une variété déconcertante de caractéristiques et sont à bien des égards la clé de la compréhension du cosmos.

Et maintenant nous savons il y en a bien plus d'un million à environ 3 000 années-lumière du Soleil .

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Cela est dû à l'observatoire Gaia et à une équipe dédiée d'astronomes qui ont récupéré l'énorme stock de données qu'il a généré.

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Carte d'artiste de la Voie lactée, avec un cercle de 3 000 années-lumière de rayon centré sur le Soleil. Crédit: NASA / JPL-Caltech / Robert Hurt (SSC-Caltech) / Phil Plait (annotation)

Gaia est une mission de l'Agence spatiale européenne qui orbite autour du Soleil dans une position stable à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre. Sa mission est de mesurer les positions, mouvements, couleurs et autres caractéristiques de plus de près de deux milliards d'étoiles dans la galaxie. C'est ça. Il ne spécifie pas le type d'étoile à regarder (autre qu'elle doit être suffisamment brillante pour être vue) ou approfondit pour répondre à une question spécifique.

Au lieu de cela, l'idée est de créer une vaste base de données d'étoiles et de leurs paramètres physiques afin que les astronomes, aussi imaginatifs soient-ils, puissent ensuite l'analyser pour trouver des réponses à la question qu'ils se posent.

Une question est, combien étoiles binaires y a-t-il que nous pouvons trouver en utilisant les données Gaia? Et une fois que nous avons cela en main, que pouvons-nous apprendre sur eux et sur les étoiles en général à partir des données ?

Et c'est ce que l'équipe d'astronomes a fait . Pour trouver des binaires, ils ont cherché des paires d'étoiles qui étaient toutes les deux à la même distance de la Terre (en utilisant parallaxe , le changement apparent de position d'une étoile au fil du temps lorsque Gaia orbite autour du Soleil) et se déplaçant dans la même direction à la même vitesse - ce que nous appelons mouvement propre . Toutes les étoiles que nous pouvons voir orbitent autour du centre de la Voie lactée et, au fil du temps, leur position dans le ciel change en raison de ce mouvement. Gaia peut mesurer des changements extrêmement faibles dans la position d'une étoile, ce qui donne des mesures assez décentes pour celles jusqu'à 3 000 années-lumière.

Pour s'assurer qu'ils avaient de vrais binaires et non des alignements aléatoires entre des étoiles à différentes distances de nous, ils sont passés par une série de filtres de données, éliminant la liste. Par exemple, deux étoiles trop éloignées l'une de l'autre pour être liées l'une à l'autre par gravité ont été lâchées, tout comme les étoiles dans groupes ou partie d'un système triple-étoile.

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Au final, ils ne peuvent pas éliminer complètement les alignements aléatoires, mais ils peuvent montrer statistiquement qu'ils sont très peu nombreux dans leur catalogue final.

Les résultats?

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Image de Hubble de l'une des étoiles binaires les plus proches du Soleil : Sirius A (au centre) et sa compagne naine blanche B (en bas à gauche) ; A est environ 10 000 fois plus lumineux. Crédit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) et M. Barstow (Université de Leicester

Ils ont trouvé 1,26 million d'étoiles qui ont 90 % de chances d'être des binaires liés, ou, s'ils ont une chance de 99 %, 1,1 million d'étoiles. Quoi qu'il en soit, bien plus d'un demi-million de systèmes binaires à moins de 3 000 années-lumière du Soleil.

C'est tout de suite un résultat étonnant. Le système stellaire le plus proche, Alpha Centauri, est à plus de 4 années-lumière. Cela donne l'impression qu'il n'y a pas beaucoup d'étoiles proches du Soleil, mais ce nombre augmente avec le cube de la distance que vous regardez - rappelez-vous, le volume d'une sphère est de 4/3 x pi x rayon³, et c'est ce rayon au cube qui domine. Regardez 40 années-lumière et il y aura mille étoiles. Dans 400 années-lumière, il y en a un million.

A 3000 années-lumière, il devrait y avoir environ 400 millions d'étoiles^*! La plupart sont cependant trop faibles pour que Gaïa puisse les voir. Mais parmi ceux qu'il peut, plus d'un million sont dans des relations engagées avec une autre star.

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Les deux étoiles du système binaire [BHB2007] 11 sont en train de se former, tirant de la matière du disque qui les entoure via une paire de filaments, enroulés en raison du mouvement des étoiles l'une autour de l'autre. Crédit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Alves et al.

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Les statistiques : parmi ces binaires, 900 000 systèmes contenaient des étoiles comme le Soleil, fusionnant l'hydrogène en hélium dans leur noyau, ce que nous appelons étoiles de la séquence principale . 16 000 étaient dans un système avec une étoile de séquence principale et une naine blanche, le noyau chaud d'une étoile exposée à l'espace après la mort de l'étoile. 1 400 étaient dans un système naine blanche/naine blanche (généralement appelé système dégénéré double ), 10 000 systèmes avaient une étoile géante – en fin de vie et gonflée énormément – et 130 étaient toutes deux des étoiles géantes. 13 000 étaient des systèmes avec des étoiles sous-géantes, où l'étoile commence tout juste à utiliser son carburant et est sur le point de gonfler jusqu'à devenir une géante.

Ces chiffres sont extrêmement utiles aux astronomes. Les étoiles dans les binaires se forment ensemble à partir du même nuage de gaz, elles ont donc le même âge et la même composition. Cela aide à éliminer les facteurs de confusion lorsque vous essayez de comprendre d'autres caractéristiques. Leur orbite l'une autour de l'autre vous donne leurs masses. Les naines blanches ont un taux de refroidissement bien compris, nous pouvons donc également connaître leur âge (les plus faibles qu'elles ont vues dans les données Gaia étaient supérieures à 10 milliard ans, une grande partie de l'âge de l'Univers). L'observation des sous-géantes et des géantes dans ces systèmes nous montre également comment elles évoluent dans le temps.

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Oeuvre représentant un deuxième soleil, un compagnon binaire du Soleil qui aurait pu exister il y a des milliards d'années. Crédit: M. Weiss

C'est probablement juste une coïncidence si le Soleil n'est pas dans un binaire. Certaines étoiles le sont, d'autres non. Nous avons trouvé de nombreuses exoplanètes dans des systèmes binaires, en orbite autour d'une étoile ou des deux, ce n'est donc pas comme si les étoiles individuelles étaient les seules avec des planètes. Mais plus nous en savons sur les étoiles binaires, plus notre compréhension de la formation des planètes est également éclairée.

Et, pour être honnête, nous ne savons pas avec certitude que le Soleil a toujours été en solo. Il est possible qu'il faisait autrefois partie d'un système binaire . Encore une fois, en apprendre davantage à leur sujet nous aidera à mieux comprendre le Soleil, ce qui signifie mieux nous comprendre.

Binaires ou non binaires, ce sont toutes des étoiles, chacune méritant d'être apprise et comprise telles qu'elles sont. Peut-être y a-t-il aussi une leçon plus générale.

^* La galaxie est un disque plat, donc autour de cette distance, la géométrie devient plus compliquée que d'utiliser la distance au cube et le nombre augmente plus comme la distance au carré.