Pris sur le fait: Les astronomes détectent une étoile dévorant une planète pour la première fois

Ce concept d’artiste montre une planète qui s’enfonce peu à peu dans son étoile-hôte. La planète de taille Jupiter aspire le gaz de l’étoile, l’envoyant dans l’espace. Là, le gaz se refroidit et devient de la poussière, qui est visible pour les astronomes. Crédit : R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)

Une étoile en fin de vie a gonflé et absorbé une planète de taille Jupiter. Dans environ 5 milliards d’années, notre Soleil subira une transition similaire en fin de vie.

Dans une découverte révolutionnaire, les astronomes ont observé pour la première fois une étoile vieillissante qui consume une planète, fournissant ainsi des informations sur le sort futur de notre Soleil, qui subira un processus similaire dans environ 5 milliards d’années.

Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature documente la première observation d’une étoile vieillissante qui avale une planète. Après avoir épuisé son carburant dans son noyau, l’étoile a commencé à grossir, réduisant l'écart avec sa planète voisine pour finalement la consommer entièrement. Dans environ 5 milliards d’années, notre Soleil subira un processus de vieillissement similaire, atteignant éventuellement 100 fois son diamètre actuel et devenant ce qu’on appelle une géante rouge. Pendant cette période de croissance, il absorbera Mercure, Venus et éventuellement la Terre.

Les astronomes ont identifié de nombreuses étoiles géantes rouges et ont soupçonné que, dans certains cas, elles consomment des planètes voisines, mais ce phénomène n'avait jamais été observé directement auparavant. «Ce type d'événement a été prédit depuis des décennies, mais jusqu'à présent, nous n'avons jamais observé comment ce processus se déroule», a déclaré Kishalay De, astronome au Massachusetts Institute of Technology à Cambridge et auteur principal de l'étude.

La disparition progressive d'une planète autour d'une étoile-hôte en croissance est illustrée dans cette vidéo. La planète aspire un jet de gaz de l'étoile alors qu'elle s'enfonce peu à peu. Une fois que la planète est dévorée, l'étoile augmente de luminosité et de taille, mais reviendra éventuellement à son état antérieur à la fusion. 

Les chercheurs ont découvert l'événement - formellement appelé ZTF SLRN-2020 - en utilisant plusieurs observatoires terrestres et le vaisseau spatial NEOWISE de la NASA (Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer), géré par le laboratoire de propulsion à réaction de l'agence. La planète mesurait probablement la taille de Jupiter, avec une orbite encore plus proche de son étoile que Mercure ne l'est de notre Soleil. L'étoile est au début de la dernière phase de sa vie - sa phase de géante rouge, qui peut durer plus de 100 000 ans.

À mesure que l'étoile s'élargissait, son atmosphère extérieure entourait finalement la planète. La trainée de l'atmosphère a ralenti la planète, réduisant son orbite et l'envoyant finalement sous la surface visible de l'étoile, comme une météorite se consumant dans l'atmosphère terrestre. Le transfert d'énergie a temporairement augmenté la taille de l'étoile et l'a rendue plusieurs centaines de fois plus lumineuse. Des observations récentes montrent que l'étoile est revenue à la taille et à la luminosité qu'elle avait avant sa fusion avec la planète.

Ce concept d'artiste montre le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), en orbite autour de la Terre. Dans sa mission NEOWISE, il trouve et caractérise les astéroïdes. 

L'éclair lumineux (visible à l'œil humain) après le décès de la planète est apparu dans les observations du Zwicky Transient Facility (ZTF) dirigé par Caltech, un instrument basé à l'observatoire de Palomar, en Californie du Sud, qui recherche des événements cosmiques qui changent de luminosité rapidement, parfois en quelques heures. De cherchait des événements appelés novae - lorsqu'une étoile morte et effondrée (connue sous le nom de naine blanche) cannibalise du gaz chaud d'une autre étoile voisine. Les novae sont toujours entourées de flux de gaz chaud, mais les observations de suivi de l'éclair par d'autres télescopes terrestres ont montré un gaz et de la poussière beaucoup plus frais entourant l'étoile, ce qui signifiait qu'elle ne ressemblait pas à une nova ou à quoi que ce soit d'autre que De avait jamais vu.

Il s'est donc tourné vers l'observatoire NEOWISE, qui scanne l'ensemble du ciel en lumière infrarouge (une gamme de longueurs d'onde plus longues que la lumière visible) tous les six mois. Lancé en 2009 et initialement appelé WISE, l'observatoire produit des cartes du ciel entier qui permettent aux astronomes de voir comment les objets changent avec le temps.

Il s'agit d'une mosaïque des images couvrant l'ensemble du ciel tel qu'observé par le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), faisant partie de sa publication de données All-Sky. 

Looking at the NEOWISE data, De saw that the star brightened almost a year before ZTF spotted the flash. That brightening was evidence of dust (which emits infrared light) forming around the star. De and his colleagues think the dust indicates that the planet didn’t go down without a fight and that it pulled hot gas away from the puffy star’s surface as it spiraled toward its doom. As the gas drifted out into space, it would have cooled and become dust – like water vapor becoming snow. Even more gas was then flung into space during the collision of the star and the planet, producing more dust visible to both the ground-based infrared observatories and NEOWISE.

“Very few things in the universe brighten in infrared light and then brighten in optical light at different times,” said De. “So the fact that NEOWISE saw the star brighten a year before the optical eruption was critical to figuring out what this event was.”

Five billion years from now, when our Sun is expected to become a red giant, swallowing up Mercury, Venus, and possibly Earth, the light show should be much more subdued, according to De, since those planets are many times smaller than the Jupiter-size planet in the ZTF-captured event.

“If I were an observer looking at the solar system 5 billion years from now, I might see the Sun brighten a little, but nothing as dramatic as this, even though it will be the exact same physics at work,” he said.

Most mid-size stars will eventually become red giants, and theorists think that a handful of them consume nearby planets each year in our galaxy. The new observations provide astronomers with a template for what those events should look like, opening up the possibility of finding more.

“This discovery shows that it’s worthwhile to take observations of the entire sky and archive them, because we don’t yet know all of the interesting events we might be capturing,” said Joe Masiero, deputy principal investigator for NEOWISE at IPAC at Caltech. “With the NEOWISE archive, we can look back in time. We can find hidden treasures or learn something about an object that no other observatory can tell us.”

For more on this discovery:

Launched in 2009, the WISE mission surveyed the entire sky in infrared light twice, capturing images of around three-quarters of a billion celestial objects, such as distant galaxies, stars, and asteroids. The mission concluded in 2011, but in 2013, NASA repurposed the spacecraft for tracking asteroids and other near-Earth objects (NEOs), rebranding both the mission and the spacecraft as NEOWISE.

NASA’s Astrophysics Division within the Science Mission Directorate had JPL manage and operate WISE, with Edward Wright from UCLA serving as the principal investigator. The mission was competitively chosen under NASA’s Explorers Program, managed by the agency’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

JPL manages and operates the NEOWISE mission on behalf of NASA’s Planetary Defense Coordination Office within the Science Mission Directorate in Washington. The University of Arizona hosts the principal investigator, Amy Mainzer. The Space Dynamics Laboratory in Logan, Utah, constructed the scientific instrument, while Ball Aerospace & Technologies Corp. of Boulder, Colorado, built the spacecraft. IPAC at Caltech in Pasadena handles science data processing, and Caltech manages JPL for NASA.