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Record de masse pour l'étoile R136a1

Un consensus au sein de la communauté des astrophysiciens, portant à environ 150 fois la masse du Soleil la limite pour la masse d’une étoile, vient de voler en éclats si l’on en croit des observations de l’amas ouvert RMC 136a faites avec le VLT et Hubble. Une étoile de 265 fois la masse du Soleil vient d’y être observée ainsi que d’autres dépassant la limite précédente.

L'amas RMC 136a vu dans l'infra-rouge proche, ici en fausses couleurs. Crédit : ESO/P. Crowther/C.J. Evans L'amas RMC 136a vu dans l'infra-rouge proche, ici en fausses couleurs. Crédit : ESO/P. Crowther/C.J. Evans

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On dispose depuis plusieurs dizaines d’années d’une théorie de la structure des étoiles expliquant bon nombre de leurs caractéristiques. On sait ainsi depuis les travaux de pionnier de l’astrophysicien Arthur Eddington qu’il existe une luminosité maximale pour une étoile de masse donnée, au-delà de laquelle le souffle de son flux de radiation provoque une perte de masse importante de l’étoile.

Cette limite imposait donc des contraintes à la croissance de la masse d’une étoile par accrétion, et certains soupçonnaient qu’elle pouvait même conduire à une masse limite pour les étoiles dans l’Univers. De fait, les observations depuis un certains temps dans la Voie Lactée ne montraient pas d’étoiles dépassant les 150 masses solaires environ. Un consensus basé sur ces observations régnait donc au sein de la communauté des astrophysiciens stellaires. Cette masse devait bien être une bonne approximation de la masse maximale pour une étoile.

Un zoom sur la nébuleuse de la Tarentule dans le visible aboutissant à l'amas RMC 136a vue dans l'infra-rouge proche, ici en fausses couleurs. Crédit : ESO/P. Crowther/C.J. Evans.
Un zoom sur la nébuleuse de la Tarentule dans le visible aboutissant à l'amas RMC 136a vue dans l'infra-rouge proche, ici en fausses couleurs. Crédit : ESO/P. Crowther/C.J. Evans.

Toutefois, un groupe d’astronomes observant les étoiles de l’amas ouvert RMC 136a, situé à l’intérieur de la nébuleuse de la Tarentule, elle-même membre du Grand Nuage de Magellan, à 165.000 années-lumière du Soleil, vient d’y découvrir plusieurs étoiles dépassant cette masse limite !

En combinant des données d’archives du télescope spatiale Hubble et celles fournies par le Very Large Telescope (VLT), ils ont ainsi estimé que la masse de l’étoile R136a1, telle qu’on l’observe actuellement, est d’environ 265 fois celle du Soleil.

Compte tenu du fait que sa luminosité, presque 10 millions de fois supérieure à celle du Soleil, doit entrainer une perte de masse importante, lorsqu’elle est née, il y a environ un million d’années, sa masse devait même dépasser les 320 masses solaires. Dans tous les cas, il s’agit d’un record !

 


La vidéo du zoom sur la nébuleuse de la Tarentule dans le visible aboutissant à l'amas RMC 136a vue dans l'infra-rouge proche, ici en fausses couleurs. Crédit : ESO/P. Crowther/C.J. Evans.

Selon les astronomes, si R136a1 remplaçait le Soleil dans notre système solaire, son rayonnement serait par rapport à ce dernier ce qu’il est par rapport à celui de la pleine Lune. Raphael Hirschi, l’un des chercheurs qui a cosigné l’article au sujet de cette découverte précise même que pour R136a1 :  « Sa grande masse réduirait la durée de l’année terrestre à trois semaines et elle arroserait la Terre de rayonnements ultraviolet incroyablement intenses, rendant la vie impossible sur notre planète ». 

Une comparaison de la taille des étoiles. Le Soleil, qui fait partie des naines jaunes, fait pâle figure comparé à R136a1. Crédit : ESO M Kornmesser.
Une comparaison de la taille des étoiles. Le Soleil, qui fait partie des naines jaunes, fait pâle figure comparé à R136a1. Crédit : ESO M Kornmesser.

Les étoiles massives découvertes dans l’amas RMC 136a l’ont été grâce à l’ extrême pouvoir de résolution dans infrarouge des instruments du VLT. Au total, on connait maintenant quatre étoiles dans RMC 136a (qui en compte 100.000 environ).

Selon un autre membre de l’équipe, Olivier Schnurr de l’Astrophysikalisches Institut Potsdam : « Notre découverte confirme la vision antérieure indiquant qu’il y a une limite supérieure à la grosseur des étoiles, toutefois cette limite augmente d’un facteur deux pour atteindre maintenant les 300 masses solaires. »

Reste à comprendre la naissance et le destin de ces étoiles...

Pour l’astronome Paul Crowther : « Soit elles sont nées aussi grosses soit des étoiles plus petites ont fusionné pour produire ces cas extrêmes ». Avec une masse aussi importante, elles devraient finir en supernovae mais au lieu d’avoir un cœur qui s’effondre en trou noir, il est probable que des réactions n’opérant pas dans les étoiles en dessous de 150 masses solaires vont s’y produire.

Les astrophysiciens théoriciens ont proposé depuis un certain temps que les températures et les énergies énormes qui régneront en fin de vie dans ces étoiles vont provoquer la formation de paires d’électron-positron, rendant celles-ci instables. Quelques candidats supernovae explosant en raison de cette instabilité ont déjà été observés, comme par exemple SN 2007bi.

On n'est probablement pas encore au bout de nos surprises avec les étoiles. Certains théoriciens ont même proposé récemment que quelques-unes d’entre elles brûlaient des quarks.


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