Des astronomes amateurs avaient repéré de curieuses irrégularités dans la luminosité de AR Scorpii, une étoile double considérée comme variable. À l’aide de plusieurs télescopes terrestres et spatiaux, des chercheurs ont découvert que l’une des deux étoiles, une naine blanche, émet un faisceau qui vient frapper son compagnon, une naine rouge, avec un rythme de près de deux minutes. Un cas étrange. Rien de moins qu'un nouveau type d’étoile binaire exotique.
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[EN VIDÉO] Interview : comment fonctionne l'optique adaptative ? Lorsque l’on scrute le ciel avec un télescope optique, la turbulence atmosphérique déforme les images qui nous parviennent. Pour contrer le problème, l’une des solutions est d’envoyer le télescope dans l’espace. L’autre, plus simple, est d’utiliser l'optique adaptative. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Olivier Pujol, maître de conférence à l’université de Lille, sur cette optique surprenante.

Comme chaque été, en début de nuit, la constellation du Scorpionconstellation du Scorpion se déploie devant nous, en direction du sud. C'est un bel enfilement d'étoiles qui, de par leurs dispositions, font vraiment penser à cet arthropodearthropode. D'un côté, vers l'est, devant la lueur des myriadesmyriades d'étoiles de la Voie lactée, on imagine son dard au bout de sa queue arcboutée et, de l'autre, vers l'ouest, on reconnaît ses pinces (en 2016, la planète Mars brille devant) reliées à son corps dominé par la supergéante rougesupergéante rouge Antarès. Mais ce ne sont là que les plus visibles à l'œilœil nu. Au moyen d'un instrument, on peut distinguer pléthore d'objets célestes parmi d'innombrables étoiles.

En marge de l'un d'eux, le magnifique Rho Ophiuchi, l'un des nuagesnuages de gazgaz et de poussière les plus proches de notre Système solaireSystème solaire, des astronomesastronomes amateurs qui se sont intéressés au système AR Scorpii (ou AR Sco pour faire court), distant de 380 années-lumièreannées-lumière, ont permis la découverte d'un nouveau type d'étoileétoile binaire exotiqueexotique.

« AR Scorpii a été découvert voici 40 ans, mais sa véritable nature nous est demeurée inconnue jusqu'en 2015, date à laquelle nous avons commencé à l'observer, raconte Tom Marsh, du Groupe d'astrophysiqueastrophysique de l'université de Warwick et auteur principal de l'article qui vient de paraître dans la revue Nature. Dès les premières minutes, nous avons compris que nous observions quelque chose d'extraordinaire. »


Animation des deux protagonistes du système AR Scorpii. Les particules accélérées par la naine blanche créent un rayonnement qui frappe son compagnon, une naine rouge, avec un rythme de seulement 1,97 minute. © Eso, L. Calçada, University of Warwick

Des pulsations électromagnétiques embrasent le compagnon

AR Scorpii est un couple d'étoiles lié gravitationnellement composé d'une naine blanche, le cœur résiduel d'un soleilsoleil qui, bien que de la taille de la TerreTerre, est 200.000 fois plus massif, et d'une naine rouge, une étoile de type M, plus petite et plus froide que notre Soleil (un tiers de sa massemasse).

Depuis les premières observations, au début des années 1970, le système qui connaît des variations de luminositéluminosité toutes les 3,6 heures, créées par leur danse l'une autour de l'autre, est considéré par les astronomes comme une étoile variableétoile variable. Toutefois, en mai 2015, un groupe d'astronomes amateurs a remarqué des irrégularités. Informé et intrigué par cette affaire, Tom Marsh a constitué une équipe pour tenter de résoudre cette énigme.

Pour y parvenir, les chercheurs de l'université de Warwick ont bénéficié de temps d'observation avec plusieurs télescopestélescopes terrestres et spatiaux : le VLTVLT (Very Large Telescope) au Cerro Paranal (Chili), les télescopes William HerschelWilliam Herschel et Isaac NewtonIsaac Newton à La Palma (Canaries), le Réseau compact de télescopes australiens à l'observatoire Paul Wild de Narrabri et, enfin, HubbleHubble et le satellite SwiftSwift.

Résultat : du jamais vu. D'abord, la naine blanchenaine blanche, pourvue d'un puissant champ magnétique et d'une rotation très rapide, est capable d'accélérer des électronsélectrons -- d'origine encore non déterminée -- jusqu'à une vitessevitesse proche de celle de la lumière. « En fouettant l'espace, ces particules de haute énergieénergie libèrent un rayonnement semblable à celui d'un phare qui vient frapper la surface de la naine rougenaine rouge froide et entraînent le système binairesystème binaire dans un spectaculaire régime de pulsations lumineuses : chaque 1,97 minute, le système semble en effet s'embraser puis s'éteindre » explique l'Eso.

Une des grandes surprises est que ces pulsations sont composées d'ondes radioradio, encore jamais détectées dans un système composé d'une naine blanche. Les chercheurs n'avaient encore jamais été témoin de ce comportement d'ordinaire associé aux étoiles à neutronsétoiles à neutrons (cœur compact résiduel d'étoiles massives). Cela étant, comme le rappelle l'un des auteurs de l'étude, Boris Gänsicke, « certaines théories ont envisagé la possibilité que les naines blanches arborent un comportement similaire. La découverte d'un tel système est très intéressante, conclut-il, et constitue un formidable exemple de collaboration entre astronomes amateurs et professionnels ».