Mystère Magnétique: Un Regard plus Profond sur les Systèmes d'Étoiles Massives

Des chercheurs ont découvert que les champs magnétiques sont beaucoup plus répandus dans les systèmes stellaires avec des étoiles bleues massives que ce qui était précédemment supposé. Cette découverte, réalisée à partir de données spectropolarimétriques, éclaire d'un nouveau jour l'évolution et la mort explosive de ces étoiles, modifiant notre compréhension de leur rôle dans l'univers. Crédit : SciTechDaily.com

Une nouvelle étude révèle que les champs magnétiques sont fréquents dans les systèmes stellaires avec de grandes étoiles bleues, remettant en question les croyances antérieures et permettant de mieux comprendre l'évolution et la nature explosive de ces étoiles massives.

Des astronomes de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam (AIP), de l'Observatoire européen austral (ESO) et de l'Institut Kavli du MIT et du département de physique ont découvert que les champs magnétiques dans les systèmes stellaires multiples avec au moins une étoile géante bleue chaude sont beaucoup plus courants que ce que les scientifiques pensaient auparavant. Les résultats améliorent considérablement la compréhension des étoiles massives et de leur rôle en tant que précurseurs des explosions de supernovae.

Les étoiles bleues de type O, ainsi appelées, appartiennent aux étoiles les plus massives de notre univers, avec des masses supérieures à 18 fois celle de notre Soleil. Bien qu'elles soient rares, elles sont si chaudes et lumineuses que quatre des 90 étoiles les plus brillantes visibles depuis la Terre appartiennent à cette catégorie.

Elles sont d'une importance extraordinaire car elles sont à l'origine de processus physiques énergétiques qui affectent la structure de galaxies entières et enrichissent chimiquement la région entre les étoiles. Les régions de formation stellaire active, comme les bras spiralés d'une galaxie, ou les galaxies en cours de collision ou de fusion, sont les endroits typiques où se trouvent ces étoiles.

Ces étoiles massives sont d'un intérêt particulier pour les études magnétiques car elles achèvent leur évolution de manière explosive en tant que supernova, laissant derrière elles un objet compact, tel qu'une étoile à neutrons ou un trou noir, en tant que vestige.

Les binaires sont des systèmes de deux étoiles gravitationnellement liées en orbite l'une autour de l'autre. Si les deux composantes sont des étoiles de type O, ce système peut devenir une binaire d'objets compacts. La destination finale des étoiles très massives est un trou noir, tandis que les étoiles de type O moins massives terminent leur existence en tant qu'étoiles à neutrons lorsqu'elles "meurent" en tant que supernova. Les binaires peuvent se terminer en deux étoiles à neutrons, une étoile à neutrons et un trou noir, ou deux trous noirs. Les orbites de ces objets se dégradent par émission d'ondes gravitationnelles et sont observables par les détecteurs d'ondes gravitationnelles.

La magnétosphère est une région de l'espace entourant un objet astronomique dans laquelle les particules chargées sont affectées par le champ magnétique de cet objet. Les lignes blanches représentent les lignes de champ magnétique formant la magnétosphère. Les pôles magnétiques sont en haut et en bas de l'étoile à gauche. La couleur plus claire est utilisée pour une distribution de densité plus élevée du gaz. Un disque de gaz est visible en tant que concentration de la distribution de densité du gaz dans le plan équatorial (magnétique). Crédit : AIP/M. Küker

Tout comme le Soleil, les étoiles massives possèdent des vents stellaires, un flux énergétique de particules chargées. Ces vents de plasma réagissent aux champs magnétiques et peuvent créer une structure, la magnétosphère. Toutes les étoiles et les planètes dotées de champs magnétiques, y compris la Terre, ont une magnétosphère. Elle protège la Terre des radiations cosmiques énergétiques. Le plasma, qui peut se déplacer à des milliers de kilomètres par seconde, est soumis à des forces centrifuges extrêmes. Il a été proposé que ce mécanisme magnétique puisse être à l'origine de l'explosion fortement concentrée des étoiles massives, ce qui est pertinent pour les sursauts gamma de longue durée, les flashs X et d'autres caractéristiques des supernovae.

Alors qu'une explication théorique de l'influence des champs magnétiques sur les supernovae ou les sursauts gamma de longue durée a été proposée il y a des décennies, depuis lors, seules onze étoiles de type O ont été signalées comme étant dotées de champs magnétiques. Toutes sauf une de ces étoiles étaient des étoiles simples ou en binaires larges. Ce fait était très déconcertant, car des études antérieures avaient montré que plus de 90 % des étoiles de type O se forment dans des systèmes multiples, avec deux étoiles ou plus. En effet, de nombreux théoriciens ont été intrigués par le nombre relativement faible de champs magnétiques détectés dans les étoiles massives, car ils ne pouvaient pas interpréter certaines des caractéristiques physiques observées des systèmes multiples sans tenir compte de l'effet d'un champ magnétique.

Pour résoudre cette disparité, les auteurs ont réalisé une étude magnétique, en utilisant des observations spectropolarimétriques archivées de systèmes stellaires avec au moins un composant de type O. La spectropolarimétrie mesure la polarisation de la lumière, ce qui indique l'existence d'un champ magnétique dans une étoile. Ils ont utilisé des données des spectropolarimètres à haute résolution HARPS, installés sur le télescope ESO 3,6 m sur La Silla/Chili, et ESPaDOnS sur le télescope de Hawaii-France-Canada sur Mauna Kea. Pour analyser les données, ils ont développé une procédure spéciale et sophistiquée pour la mesure du champ magnétique.

“To our surprise, the results showed a very high occurrence rate of magnetism in these multiple systems. 22 out of the 36 systems studied have definitely detected magnetic fields, while only three systems did not show any sign of a magnetic field,” explains Dr Silva Järvinen from AIP’s Stellar Physics and Exoplanets section.

“The large number of systems with magnetic components presents a mystery, but probably indicates that the fact that these stars grew up in binaries plays a defining role in the generation of magnetic fields in massive stars through interaction between the system components, such as mass transfer between two of the stars, or even a merging event of two stars. This work is also the first ever observational confirmation of the previously suggested theoretical scenario for how a star’s magnetic field affects its death, letting it explode faster and more energetically,” continues Dr. Swetlana Hubrig.