En devenant cannibales, les étoiles retrouvent une seconde jeunesse...

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Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

L’anomalie était connue depuis 55 ans, les blue stragglers, ce que l’ont peut traduire en français par traînardes bleues, sont des étoiles massives ressemblant à de jeunes étoiles mais que l’on trouve dans les amas globulaires âgées de plusieurs milliards d’années. Deux théories s’affrontaient pour expliquer ce paradoxe. Aujourd'hui, il semble clair que ces astres curieux résultent de la fusion des deux étoiles d'un système binaire.

Maintenant bien rôdée, la théorie de l’évolution stellaire repose sur les travaux des pionniers de la structure stellaire qu’étaient Chandrasekhar et Martin Schwarzschild. Le flot de données astrophysiques obtenues depuis la seconde moitié du XXième siècle n’a jamais démenti cette théorie, bien au contraire. On sait ainsi que plus une étoile est massive plus elle brille et moins elle dure longtemps. Des étoiles d’environ 10 masses solaires au moins sont chaudes et apparaissent de couleur bleue à l’observation. On les trouve en particulier dans les pouponnières d’étoiles, les amas ouverts et leurs durées de vie sont inférieures à 100 millions d’années.

Or, des étoiles bleues ont été découvertes en 1953 dans l’amas globulaire M3 par le célèbre astronome Allan Sandage. Pourtant, les amas globulaires sont constitués d’étoiles vieilles, pauvres en éléments lourds comme le carbone et peu massives. On date leur formation à plus de 10 milliards d’années. Toutes leurs étoiles sont nées à peu près en même temps et il n’y aucun signe de l’existence de pouponnières d'étoiles dans les amas globulaires. Que faisaient donc ces étoiles apparemment jeunes, que l'on a alors baptisées blue stragglers (BSS) ?

Cliquez pour agrandir. On connaît 21 blue stragglers dans l'amas globulaire 47 Tucanae qui contient plusieurs millions d'étoiles dans un volume sphèrique de 120 années-lumière de diamètre seulement. L'âge de ces étoiles est de 13,5 +/- 2 milliards d'années. Crédit : M. Shara (STScI), R.A. Safer (Villanova), M. Livio (STScI), WFPC2, HST, Nasa

Toutefois, les astrophysiciens savaient bien que la majorité des étoiles vivent en couple et que des transferts de masses dues aux forces de marée s'y produisent parfois. En outre, la densité d’étoiles dans le cœur d’un amas globulaire est telle que les chances d’une collision entre étoile y sont considérablement plus élevées que dans une galaxie, où elles sont négligeables pour ne pas dire nulles.

Deux vieilles donnent une jeune

Deux scénarios principaux avaient donc été proposés, qui faisaient de certaines étoiles dans un amas globulaire de véritables cannibales.

Par collision directe ou par fusion au sein d'un système binaire (probablement à enveloppe commune), deux étoiles vieilles et rouges s’agglutineraient parfois pour donner une étoile plus massive et plus chaude montrant tous les aspects de la jeunesse. De fait, la masse d’une BBS est en général deux à trois fois plus élevée qu’une étoile moyenne d’un amas.

Les Blue Stragglers sont nettement visibles sur cette image de l'amas globulaire NGC 6397 à 6.000 années-lumière. Crédit : J.F. Sepinsky, et al. (Villanova University), Nasa

La théorie de fusion de deux étoiles binaires semble avoir gagné, d’après des travaux publiés dans un article de Nature par trois astronomes Christian Knigge, de l’université de Southampton, Alison Sills et Nathan Leigh de l’université de McMaster.

Ils ont étudié les propriétés des BSS dans un échantillon de 56 amas globulaires contenant chacun de 100.000 à un million d’étoiles environ. Il se trouve que plus le cœur d’un amas est massif plus il contient de systèmes binaires.. et de BBS ! Exactement comme le prédit la théorie de la fusion dans les binaires et en désaccord avec les estimations de la théorie des collisions.

Toutefois, certaines BSS font partie de binaires à courtes périodes et on peut donc penser que dans ce cas, le transfert de masse n’a pas conduit à la fusion des étoiles. On ne peut pas non plus écarter l’idée que l’influence du passage proche d’une troisième étoile intervient dans le processus de fusion. L’étude des BSS se poursuit et l’on devrait en apprendre plus sur leur processus de genèse dans les années à venir.

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