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Alcor et Mizar forment un système triplement binaire !

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Bien avant l'utilisation par Galilée d'une lunette astronomique, les astronomes connaissaient un exemple de système binaire, les étoiles Alcor et Mizar. Ce couple n'a cessé depuis de se démultiplier à mesure qu'augmentait la résolution des instruments. Mizar s'est révélée double puis quadruple. Dernier épisode en date : Alcor vient à son tour d'apparaître comme une binaire. Total : 6 étoiles !

En traitant l'image d'Alcor, il est possible de soustraire l'étoile principale et de mettre en évidence sa compagne qui apparaît en blanc brillant en bas à droite du disque noir correspondant à la soustraction d'Alcor A. Crédit : Université de Rochester

Les étoiles se forment par effondrement d'un nuage moléculaire riche en poussière lorsque celui-ci est suffisamment dense et froid pour une certaine masse, appelée la masse de Jeans. Cette masse est donnée pour une combinaison de température et de densité et elle permet donc de déterminer si un nuage de masse connue va s'effondrer ou non. Lorsque cette dernière est supérieure à sa masse de Jeans, le processus d'effondrement gravitationnel doit se produire.

En fait, lors de l'effondrement, la densité et la température changeant à l'intérieur du nuage, le critère associé à une masse de Jeans impose la fragmentation en plusieurs zones s'effondrant à des vitesses différentes qui elles-mêmes peuvent se fragmenter à nouveau. Les étoiles naissent donc en groupe et forment un amas stellaire ouvert qui finira par se disperser.

La description exacte de ce processus de fragmentation n'est pas simple. Les astrophysiciens savent depuis longtemps que la formation d'une étoile est un processus complexe. Il n'est qu'incomplètement compris en raison de son caractère non linéaire faisant intervenir l'hydrodynamique et ses instabilités mais aussi la turbulence, l'influence des champs magnétiques et des questions de transfert radiatif. Il ne semble pas impossible que ces phénomènes conduisent parfois à des systèmes d'étoiles doubles voire triples.

Les observations soutiennent cette théorie depuis longtemps, et même des siècles avant qu'elle ne voit le jour. Du temps de Galilée, Benedetto Castelli, l'un de ses collaborateurs, avait observé à la lunette le système d'étoiles Alcor et Mizar, dans la Grande Ourse. Il avait découvert que Mizar elle-même était en fait un système double, Mizar A et Mizar B. En 1857, ce système fut photographié pour la première fois à travers un télescope mais l'histoire ne s'arrêta pas là car les méthodes de la spectroscopie ne tardèrent pas à prouver que Mizar A et Mizar B étaient elles-mêmes des binaires. Cela fit de Mizar A en 1890 la première binaire spectroscopique découverte. En 1908, la découverte que Mizar B en était aussi une fit du système Alcor et Mizar le premier système quintuple connu de l'Humanité.

Cliquer pour agrandir. Ben Oppenheimer et ses collègues du AMNH ont obtenu cette image d'Alcor A et B grâce à une technique de coronographie similaire à celle utilisée pour observer la couronne solaire. Alcor et Mizar font partie de la constellation de la Grande Ourse et se trouvent à environ 80 années-lumière. Crédit : American Museum of Natural History

Une soustraction ajoute une étoile

On sait aujourd'hui que les système binaires sont la règle et pas du tout l'exception. Les doubles couchers de Soleil doivent être communs dans la Voie lactée... De même les systèmes triples ne sont pas rares non plus. La découverte d'Eric Mamajek, de l'Université de Rochester, et de ses collègues, est tout aussi surprenante qu'inattendue.

En effet, cet astronome ne partait pas à la chasse à des systèmes stellaires exotiques mais plutôt à des exoplanètes quand il a découvert qu'Alcor était elle-même un système binaire. L'observation fait des étoiles Mizar et Alcor un système... sextuple. La même conclusion a été atteinte indépendamment par Ben Oppenheimer du célèbre American Natural History Museum.

Dans les deux cas, les équipes de chercheurs ont utilisé une technique de traitement d'images consistant en gros à soustraire la lumière d'une étoile pour laisser apparaître celle d'une éventuelle exoplanète en orbite. En fait de planète, c'est une étoile compagne peu lumineuse qui est apparue à la surprise générale.

Ce célèbre couple de la Grande Ourse (la deuxième étoile en partant de l'extrémité du manche de la casserole) et que l'on peut distinguer à l'œil nu (avec de bons yeux et un beau ciel) est donc un système de 6 étoiles, ou plus précisément de trois binaires gravitationnellement liées.

Au passage, cette découverte semble lever une incertitude quant au fait qu'Alcor soit bel et bien liée au quadruple système de Mizar. Certaines irrégularités dans son mouvement qui pouvaient faire douter que l'on était en présence d'un système quintuple sont maintenant en partie expliquées par le fait qu'Alcor elle-même est une binaire. Alcor B apparaît comme une naine de classe M dont la masse est environ le tiers de celle du Soleil. Ce genre d'étoile émet des quantités notables de rayons X et l'on comprend désormais pourquoi Alcor A semblait en émettre une quantité anormalement élevée pour la classe à laquelle elle appartient.

Tout n'est pas expliqué pour autant. Une fois ce mystère résolu, un autre surgit. Depuis des siècles, ce couple est coutumier du fait. Quelque chose, en effet, intrigue Mamajek et ses collègues. Certaines images d'Alcor B montrent un disque déformé... Alcor et Mizar nous réservent sans doute encore quelques surprises.

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