Une étude a révélé que les deux étoiles de contact les plus massives jamais découvertes finiront par entrer en collision sous forme de trous noirs.

Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCL (University College London) et de l’Université de Potsdam. .

Cette étude a été acceptée pour publication dans une revue Astronomie et astrophysiqueregardez les étoiles binaires connues (deux étoiles en orbite autour d’un centre de gravité commun) et analysez la lumière des étoiles obtenue à partir d’une combinaison de télescopes terrestres et spatiaux.

Les chercheurs ont découvert que les étoiles, situées dans une galaxie naine voisine appelée le petit nuage de Magellan, sont en contact partiel et échangent de la matière les unes avec les autres, une étoile mangeant actuellement l’autre. Ils orbitent tous les trois jours et sont les plus grandes étoiles de contact (appelées binaires de contact) observées à ce jour.

En comparant leurs observations avec des modèles théoriques d’évolution binaire des étoiles, ils ont découvert que dans le modèle le mieux adapté, l’étoile nourrie deviendrait un trou noir et mangerait son étoile compagne. Les étoiles restantes deviendront bientôt des trous noirs.

Ces trous noirs se seraient formés en seulement 2 millions d’années, mais ils seraient ensuite en orbite autour pendant des milliards d’années avant d’entrer en collision avec une telle force qu’ils produiraient des ondes gravitationnelles – des ondulations dans le tissu de l’espace-temps – qui pourraient théoriquement être détectées avec instruments. dans ce monde.

Ph. D. L’étudiant Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), auteur principal de l’étude, a déclaré: «Grâce aux détecteurs d’ondes gravitationnelles Virgo et LIGO, des dizaines de fusions de trous noirs ont été détectées ces dernières années. Mais jusqu’à présent, nous n’avons pas observé d’étoile susceptible de s’effondrer dans un trou noir.” cette grande et convergeant sur des échelles de temps plus courtes ou même largement proportionnelles à l’âge de l’univers.

« Notre modèle le plus précis montre que ces étoiles fusionneront pour former un trou noir dans 18 milliards d’années. Trouver des étoiles dans cette voie évolutive près de notre Voie lactée nous offre une excellente occasion d’en savoir plus sur la formation de ces binaires noirs.”

Co-auteur Daniel Pauli, Ph.D. Un étudiant de l’Université de Potsdam a déclaré : « Ce binaire est le binaire de contact le plus massif observé à ce jour. Une étoile plus petite, plus brillante et plus chaude, 32 fois la masse du Soleil, perd actuellement de la masse au profit de son homologue plus grande, qui a 55 fois la masse de notre Soleil.

Les trous noirs que les astronomes voient fusionner aujourd’hui se sont formés il y a des milliards d’années, lorsque l’univers était pauvre en fer et autres éléments lourds. La proportion de ces éléments lourds a augmenté à mesure que l’univers vieillissait, ce qui rend les fusions de trous noirs moins probables. En effet, les étoiles avec des proportions d’éléments plus lourdes ont des vents plus forts et explosent plus rapidement.

Le petit nuage de Magellan bien étudié, situé à environ 210 000 années-lumière de la Terre, est par un monstre de la nature, un septième de l’abondance de fer et d’autres métaux lourds dans notre galaxie de la Voie lactée. Dans ce cas, il imite des conditions profondément ancrées dans le passé de l’univers. Mais contrairement aux galaxies plus anciennes et plus éloignées, elles sont suffisamment proches pour que les astronomes puissent mesurer les propriétés des étoiles simples et binaires.

Dans leur étude, les chercheurs ont mesuré différentes bandes de lumière provenant d’étoiles binaires (spectroscopie), en utilisant des données obtenues sur plusieurs périodes de temps avec les instruments du télescope spatial Hubble de la NASA et du Multi-Unit Spectroscopy Explorer (MUSE) sur le Very Large Telescope de l’ESO. Chili, parmi d’autres télescopes, avec des longueurs d’onde allant de l’ultraviolet à la lumière au proche infrarouge.

En utilisant ces données, l’équipe a pu calculer la vitesse radiale des étoiles – c’est-à-dire le mouvement qu’elles effectuent vers ou loin de nous – ainsi que leur masse, leur luminosité, leur température et leur orbite. Ils ont ensuite adapté ces paramètres au modèle évolutif le plus approprié.

Leur analyse spectrale a montré qu’une grande partie de l’atmosphère extérieure de la plus petite étoile avait été dépouillée par son homologue plus massif. Ils ont également noté que les rayons des deux étoiles dépassent le lobe de Roche – la région autour de l’étoile où la matière est gravitationnellement liée à celle-ci – confirmant qu’une partie de la matière de l’étoile la plus jeune se répand sur l’étoile compagne.

Parlant de l’évolution future des étoiles, Rickard a expliqué : “Les étoiles les plus jeunes deviendront les premiers trous noirs, dans moins de 700 000 ans, soit par une explosion spectaculaire appelée supernova, soit elles peuvent devenir si massives qu’elles se transforment en trous noirs sans explosion externe.”

“Ils seraient des voisins turbulents pendant environ trois millions d’années avant que les premiers trous noirs ne commencent à former des partenaires et à contrebalancer des partenaires.”

Pauli, qui a effectué les travaux de modélisation, a ajouté : “Après seulement 200 000 ans, un instant en termes astronomiques, l’étoile compagne s’effondrera également dans un trou noir. Ces deux étoiles massives continueront à orbiter l’une autour de l’autre, tournant et tournant tous les quelques jours. à des milliards d’années.

“Ils perdront lentement cette énergie orbitale via l’émission d’ondes gravitationnelles jusqu’à ce qu’ils se mettent en orbite toutes les quelques secondes, fusionnant finalement dans 18 milliards d’années avec une libération massive d’énergie via des ondes gravitationnelles.”