L'éclipsage des systèmes d'étoiles binaires est relativement courant dans notre univers. Pour l'observateur occasionnel, ces systèmes ressemblent à une seule étoile, mais sont en fait composés de deux étoiles en orbite étroitement ensemble. L'étude de ces systèmes offre aux astronomes l'occasion de mesurer directement les propriétés fondamentales (c'est-à-dire les masses et les rayons) de ces systèmes, les composants stellaires respectifs.
Récemment, une équipe d'astronomes brésiliens a observé une vue rare dans la Voie lactée - un binaire à éclipses composé d'une naine blanche et d'une naine brune de faible masse. Encore plus inhabituel était le fait que le cycle de vie de la naine blanche semblait avoir été interrompu prématurément par son compagnon nain brun, qui a causé sa mort prématurée en siphonnant lentement le matériel et en le «mourant de faim».
L'étude qui a détaillé leurs conclusions, intitulée «HS 2231 + 2441: un système HW Vir composé d'une naine blanche de faible masse et d'une naine brune», a récemment été publiée le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. L'équipe était dirigée par Leonardo Andrade de Almeida, un boursier postdoctoral de l'Institut d'astronomie, de géophysique et des sciences de l'atmosphère de l'Université de São Paolo (IAG-USP), ainsi que des membres de l'Institut national de recherche spatiale (MCTIC) et du Université d'État de Feira de Santana.
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a effectué des observations d'un système d'étoiles binaires entre 2005 et 2013 en utilisant l'observatoire Pico dos Dias au Brésil. Ces données ont ensuite été combinées avec des informations provenant du télescope William Herschel, qui est situé dans l'Observatorio del Roque de los Muchachos sur l'île de La Palma. Ce système, connu sous le nom de HS 2231 + 2441, se compose d'une étoile naine blanche et d'un compagnon nain brun.
Les naines blanches, qui sont le stade final des étoiles intermédiaires ou de faible masse, sont essentiellement ce qui reste après qu'une étoile ait épuisé son carburant d'hydrogène et d'hélium et soufflé de ses couches externes. Une naine brune, en revanche, est un objet sous-stellaire qui a une masse qui la place entre celle d'une étoile et d'une planète. Trouver un système binaire composé des deux objets ensemble dans le même système est quelque chose que les astronomes ne voient pas tous les jours.
Comme l'a expliqué Leonardo Andrade de Almeida dans un communiqué de presse du FAPESP, «Ce type de binaire de faible masse est relativement rare. Seules quelques dizaines ont été observées à ce jour. »
Cette paire binaire particulière est constituée d'une naine blanche qui représente entre vingt et trente pour cent de la masse du Soleil - 28 500 K (28 227 ° C; 50 840 ° F) - tandis que la naine brune est environ 34 à 36 fois celle de Jupiter. Cela fait du HS 2231 + 2441 le système binaire à éclipses le moins massif étudié à ce jour.
Dans le passé, la principale (la naine blanche) était une étoile normale qui évoluait plus rapidement que sa compagne car elle était plus massive. Une fois qu'il a épuisé son combustible hydrogène, il a formé un noyau brûlant de l'hélium. À ce stade, l'étoile était en passe de devenir une géante rouge, ce qui se produit lorsque les étoiles semblables au soleil quittent leur phase de séquence principale. Cela aurait été caractérisé par une expansion massive, avec un diamètre dépassant 150 millions de km (93,2 millions de mi).
À ce stade, Almeida et ses collègues ont conclu qu'il commençait à interagir gravitationnellement avec son secondaire (la naine brune). Pendant ce temps, la naine brune a commencé à être attirée et engloutie par l'atmosphère du primaire (c'est-à-dire son enveloppe), ce qui lui a fait perdre le moment angulaire orbital. Finalement, la puissante force d'attraction a dépassé la force gravitationnelle en maintenant l'enveloppe ancrée à son étoile.
Une fois que cela s'est produit, les couches externes de l'étoile primaire ont commencé à être enlevées, exposant son noyau d'hélium et envoyant d'énormes quantités de matière à la naine brune. En raison de cette perte de masse, le reste est effectivement décédé, devenant un nain blanc. La naine brune a alors commencé à orbiter autour de son primaire nain blanc avec une courte période orbitale de seulement trois heures. Comme l'a expliqué Almeida:
"Ce transfert de masse de l'étoile la plus massive, l'objet principal, à son compagnon, qui est l'objet secondaire, était extrêmement violent et instable, et il a duré peu de temps ... L'objet secondaire, qui est maintenant une naine brune, doit ont également acquis de la matière en partageant son enveloppe avec l'objet principal, mais pas assez pour devenir une nouvelle étoile. »
Cette situation est similaire à ce que les astronomes ont remarqué l'été dernier en étudiant le système d'étoiles binaires connu sous le nom de WD 1202-024. Ici aussi, un compagnon nain brun a été découvert en orbite autour d'une primaire naine blanche. De plus, l'équipe responsable de la découverte a indiqué que la naine brune avait probablement été rapprochée de la naine blanche une fois entrée dans sa phase de branche géante rouge (RVB).
À ce stade, la naine brune a dépouillé le primaire de son atmosphère, exposant le noyau résiduel de la naine blanche. De même, l'interaction du primaire avec un compagnon nain brun a provoqué une mort stellaire prématurée. Le fait que deux de ces découvertes se soient produites en peu de temps est assez fortuit. Compte tenu de l'âge de l'Univers (qui est d'environ 13,8 milliards d'années), les objets morts ne peuvent se former que dans des systèmes binaires.
Dans la seule voie lactée, environ 50% des étoiles de faible masse font partie d'un système binaire tandis que les étoiles de masse élevée existent presque exclusivement en paires binaires. Dans ces cas, environ les trois quarts interagiront d'une manière ou d'une autre avec un compagnon - échangeant de la masse, accélérant leurs rotations et éventuellement fusionnant.
Comme l'a indiqué Almeida, l'étude de ce système binaire et de ses semblables pourrait sérieusement aider les astronomes à comprendre comment se forment les objets chauds et compacts comme les naines blanches. "Les systèmes binaires offrent un moyen direct de mesurer le paramètre principal d'une étoile, qui est sa masse", a-t-il déclaré. "C'est pourquoi les systèmes binaires sont cruciaux pour notre compréhension du cycle de vie des étoiles."
Ce n'est que ces dernières années que des étoiles naines blanches de faible masse ont été découvertes. Trouver des systèmes binaires où ils coexistent avec des naines brunes - essentiellement des étoiles ratées - est une autre rareté. Mais à chaque nouvelle découverte, les opportunités d'étudier l'éventail des possibilités dans notre Univers augmentent.
