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Des accélérateurs de particules dans la Galaxie
21/05/2013

Lorsqu'une étoile massive est éjectée de son lieu de formation, elle traverse le milieu interstellaire et l'interaction de son vent stellaire avec la matière qui occupe ce milieu conduit à la formation d'un choc hydrodynamique en forme d'arc, en avant de l'étoile. La matière le long de cet arc est quelque peu comprimée et sa température est supérieure à celle de la matière qui n'a pas encore traversé le choc. Cela conduit à des structures repérées notamment en infrarouge à proximité de quelques-unes de ces étoiles en fuite. Mais ces chocs sont aussi le siège de processus physiques intéressants, incluant notamment l'accélération de particules jusqu'à des vitesses proches de celle de la lumière. Un modèle théorique prédisait que les chocs associés à ces étoiles en fuite pourraient accélérer des particules (électrons et protons) jusqu'à les rendre capables d'émettre des rayonnements de haute énergie, tels que des rayons gamma. Pour Michaël De Becker, du Département d’astrophysique, géophysique et océanographie de l’Université de Liège, l'étoile HD195592 obéirait à ce modèle, ce qui ferait d’elle la première étoile en fuite émettrice de rayons gamma à avoir été découverte.

Nebuleuse du crabeLe thème principal des recherches de Michaël De Becker, premier assistant au Département d’astrophysique, géophysique et océanographie de l’université de Liège, est l’accélération des particules dans les étoiles massives. Ou, plus fréquemment, les systèmes constitués de deux étoiles massives tant il est vrai que celles-ci ont l’habitude de constituer des systèmes binaires, les deux astres (parfois trois) tournant l’un autour de l’autre. Une étoile est dite massive si sa masse équivaut à au moins dix fois la masse solaire. Ces étoiles sont les moins nombreuses de la population stellaire, ne représentant ainsi qu’une petite fraction d’une galaxie comme la nôtre. On pourrait donc imaginer qu’elles ont une importance négligeable. Or c’est le contraire : elles sont les plus lumineuses, contribuant de manière importante à la luminosité globale d’une galaxie et elles vont le plus loin dans les réactions de fusion nucléaire qui se déroulent dans le cœur des astres puisque la température de leur cœur est bien plus élevée que celle du Soleil par exemple. D’autre part, comme ces étoiles sont très lumineuses, la lumière va y exercer une pression de radiation importante, jusqu’à provoquer l’expulsion progressive de leurs couches extérieures, ce qui conduit à la formation de vents stellaires (lire aussi l’article Le vent stellaire livre ses secrets). Ces vents vont enrichir le milieu interstellaire en éléments chimiques et être source d’énergie mécanique. L’environnement interstellaire n’est donc pas figé. Autre caractéristique de ces étoiles : elles terminent en général leur évolution par une explosion (supernova). Lors de celle-ci, de grandes quantités de matière sont relâchées dans l’environnement interstellaire et, comme d’autres types de réactions nucléaires se produisent alors, de nouveaux éléments chimiques vont également y être largués.

« Mes recherches en astrophysique des hautes énergies, explique Michaël De Becker, portent notamment sur une autre particularité des étoiles massives. Il faut savoir que notre galaxie est baignée par un flux de particules de haute énergie, les rayons cosmiques. Ce sont des particules chargées, le plus souvent des protons, des noyaux d’hélium et dans une moindre mesure des noyaux d’autres éléments chimiques. Elles ont été accélérées jusqu’à des vitesses proches de celle de la lumière mais leurs origines sont diverses. Si certains de ces rayonnements cosmiques, ceux de très haute énergie, sont produits en dehors de notre galaxie, les moins énergétiques proviennent notamment des étoiles massives de notre galaxie, à différents stades de leur évolution.»

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