Pulsations en rayons X
10/07/14

Une équipe d’astrophysiciens, dont Yaël Nazé, chercheuse qualifiée FRS-FNRS en astrophysique à l’Université de Liège,  a observé pour la première fois des pulsations en rayons X d’une étoile massive. La pulsation est monopériodique et est similaire à celle observée aux longueurs d’ondes  visibles. Un comportement jusqu’alors inconnu qui ne faisait pas partie des prévisions théoriques pour ce type d’étoile. Cette découverte ouvre une nouvelle porte dans l’étude des étoiles massives, et chamboule les connaissances théoriques de ces colosses de l’espace. A l’origine de ces pulsations, les vents stellaires, d’une extrême puissance. Pour le reste, c’est l’inconnue. La quête des clés de compréhension des étoiles massives continue.  

constellation du grand chienLes étoiles massives comptent parmi les objets les plus surprenants à étudier et cachent encore bon nombre de secrets. Pourquoi ? Simplement parce qu’elles ne sont pas proches, mais situées à des milliers d’années-lumière, et qu’elles sont peu nombreuses. Lors de la formation des étoiles, beaucoup d’étoiles plus petites sont en effet créées pour une seule étoile massive. En plus, leur espérance de vie est presque « fugace » puisqu’elle ne s’élève qu’à quelques millions d’années. Là où notre Soleil, pour la comparaison, a depuis longtemps soufflé sa quatre milliardième bougie et se porte encore comme un charme. Une courte vie qui s’explique par le fait qu’elles brûlent la chandelle par les deux bouts, et pas qu’un peu. Elles ont en effet une luminosité de 100 000 à un million de fois plus élevée que celle du Soleil. Cette luminosité dépend de l’intensité des réactions nucléaires de  fusion de l’hydrogène au cœur de l’étoile. Cette phase de fusion d’hydrogène se produit durant plus de 90% de la vie d’une étoile. Certes, ces étoiles sont 10 à 100 fois plus massives que le Soleil et elles ont donc 10 à 100 fois plus d’hydrogène, mais elles le consument 100 000 à un million de fois plus vite, d'où leur faible durée de vie.

Tant qu’elles brillent, ces étoiles sont donc visibles de très loin, et c’est une aubaine puisqu’elles ne se trouvent pas dans le voisinage. Elles sont également très énergétiques. La majeure partie de leurs émissions lumineuses se font dans l’ultraviolet (UV), à des longueurs d’ondes qui génèrent des vents puissants (lire « Les ultraviolets et la matière en mouvement » ci-dessous). Aux UV viennent s’ajouter les rayons X, davantage encore porteurs d’énergie, et qui représentent un dix-millionième de l’émission lumineuse. Ce qui ne semble pas énorme, mais à ces échelles-là, cela signifie que les étoiles les plus grosses émettent l’équivalent d’un dixième de la luminosité solaire rien qu’en rayons X, ce qui est important. Cette émission lumineuse énergétique a un impact important sur l’environnement de ces étoiles, notamment en le chauffant grâce aux UVs ou en le sculptant au gré des vents stellaires. Enfin, quand elles meurent, les étoiles massives explosent en supernovae et finissent en étoiles à neutrons ou en trous noirs. Beaucoup de phénomènes de grande envergure sont donc causés par leur présence. Mais leur éloignement, et le fait que la mode scientifique actuelle privilégie exoplanètes ou confins de l’univers, les rend encore méconnues à bien des égards.

Une étude qui mène à une découverte inattendue

Parmi ces étoiles massives se trouve Xi1 CMa, une étoile de type spectral B, soit la deuxième en fonction de la température. Nichée dans la constellation du Grand Chien, à 1400 années-lumière de la Terre, elle n’en reste pas moins visible à l’œil nu. C’est sur elle que plusieurs chercheurs, dont Yaël Nazé, chercheuse qualifiée FRS-FNRS en astrophysique à l’Université de Liège, ont porté leur attention. « Nous nous sommes intéressés à cette étoile car elle est très magnétique, explique la chercheuse. 5000 fois plus que le champ magnétique global du Soleil et 10 000 fois plus que celui de la Terre, ce qui est énorme. » Ça fait longtemps qu’on pense que les étoiles massives ont des champs magnétiques, mais leur signature n’a pu être détectée qu’à partir de 2002, grâce à l'avènement d'instruments très sensibles. Une autre propriété des étoiles massives est la présence de vents stellaires, qui sont bien plus puissants que le vent solaire. Ils brassent des centaines de milliards de fois plus de matière, et peuvent atteindre des vitesses avoisinant cinq millions de kilomètres à l’heure, dix fois plus que la vitesse moyenne du vent solaire. « A titre de comparaison, ce « petit » vent solaire est déjà suffisant pour arracher les atmosphères de certaines planètes (Mars, Vénus), et on n'ose alors imaginer l'effet des vents des étoiles massives. »

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