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Les fausses étoiles jumelles de la nébuleuse d'Orion

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Associées dans un système binaire, deux étoiles apparemment jumelles montrent de surprenantes différences de température et de luminosité. Elles ont pourtant des masses presque identiques et ont pris naissance dans le même nuage de gaz. Pour expliquer un tel couple dépareillé, des révisions de la théorie de la formation et de l'évolution des étoiles sont probablement nécessaires.

La nébuleuse d'Orion.

Dans notre Galaxie, et probablement ailleurs dans l'Univers, les étoiles binaires sont la règle plus que l'exception. Ces systèmes doubles sont très importants pour les astrophysiciens car il est possible de mesurer la masse de leurs étoiles à partir des caractéristiques de leurs orbites. Connaissant alors la distance des ces étoiles, leur température et leur luminosité apparente, on peut remonter pour chacune d'elles à des relations entre masse, température, luminosité et rayon. De cette façon, il a été possible de tester la théorie de la structure stellaire qui prédit des relations entre ces grandeurs.

L'étude détaillée de l'évolution des étoiles, basée sur les apports de la physique nucléaire a ainsi pu démarrer et l'ensemble constitue aujourd'hui l'épine dorsale de l'astrophysique, aussi bien du point de vue des moyens utilisés pour explorer le monde des galaxies que pour comprendre ce qui s'y passe.

Astrophysicien de l'Université Vanderbilt, Keivan stassun, avec son collègue Robert D. Mathieu de l'Université de Wisconsin-Madison, vient de publier le résultat d'années d'études portant sur une binaire bien particulière dans la nébuleuse d'Orion. Compagne des astronomes amateurs (de l'automne au printemps dans l'hémisphère nord), elle est une nurserie pour jeunes étoiles bien connue, en particulier parce qu'elle est proche de nous, à environ 1.300 années-lumière seulement.

Les étoiles constituant la binaire étudiée sont jeunes, âgées d'environ un million d'années. Comme elles sont peu massives, elles brûlent leur carburant nucléaire lentement, si bien que leur temps de vie sur la séquence principale sera d'au moins 50 milliards d'années. C'est plutôt long en comparaison d'une naine comme notre Soleil avec ses 10 milliards d'années environ.

Cliquez pour agrandir. Un zoom sur la nébuleuse d'Orion et le système binaire. Comme les étoiles sont très proches, elles ne sont pas résolues sur l'image et apparaissent comme une seule étoiles pointée par la flèche. Crédit : Nasa-JPL/HST/ David James (Vanderbilt)

Pour arriver à leur fin avec ces étoiles, les chercheurs se sont basés sur 15 années d'observations des orbites d'étoiles binaires obtenues à l'aide des télescopes du Kitt Peak National Observatory en Arizona ainsi que SMARTS, du Cerro Tololo Inter-American Observatory.

Or, il faut savoir que la masse et la composition chimique d'une étoile sont les principaux facteurs déterminant ses propriétés physiques de base, la luminosité, la température, le rayon et comment ces propriétés évoluent avec le temps. Ainsi, deux étoiles nées en même temps, à partir du même matériau d'origine et avec la même masse, sont jumelles. A ce titre, on pourrait s'attendre à ce qu'elles possèdent des caractéristiques physiques identiques.

On devrait précisément être dans ce cas avec la binaire étudiée par les chercheurs dans la nébuleuse d'Orion. En effet, chaque étoile dans la binaire a une masse de 0,41 (+ / - 0,01) masse solaire, ce qui représente une différence de moins de 2 pour cent.

Surprise ! En désaccord semble-t-il avec la théorie de la structure ou de la formation stellaire, ces deux étoiles présentent une différence de température de surface qui diffèrent d'environ 300 K (~ 10%), et des luminosités qui diffèrent de près de 50%. Ce n'est pas tout, les résultats préliminaires indiquent que les rayons des étoiles ne sont pas identiques, la différence étant comprise entre 5 et 10%.

L'explication la plus probable est que l'une de ces étoiles se serait en réalité formée 500.000 ans avant l'autre. Si cette explication est correcte, il faudra revoir certaines estimations tirées de l'étude d'autres binaires qui reposaient sur l'hypothèse tacite d'une naissance simultanée. En particulier, certaines masses d'étoiles dans ces binaires pourraient différer de 20% des estimations admises jusqu'ici.

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