Les nanosats de la mission spatiale BRITE révèlent les origines de structures fondamentales dans le vent de l’étoile supergéante Zeta Puppis

Une équipe internationale d’astronomes menée par des chercheurs du CRAQ et de l’Université de Montréal découvre, pour la première fois, comment des structures à la surface de l’étoile massive supergéante Zeta Puppis induisent la formation de structures fondamentales dans son vent.

Nous sommes les enfants des étoiles. Plus précisément, nous sommes les enfants des étoiles massives. En effet, contrairement aux étoiles froides de faible masse comme le Soleil, les étoiles chaudes et massives sont rares, possèdent des vents très intenses, et terminent leur vie de manière catastrophique en supernovæ qui perturbent et enrichissent le milieu interstellaire avec des éléments chimiques servant à la création de nouvelles étoiles, voire des planètes comme la Terre. Ainsi, ces nouvelles découvertes sur l’étoile massive supergéante Zeta Puppis constituent un grand pas vers une meilleure compréhension de la vraie nature des étoiles chaudes et massives qui jouent un rôle crucial dans l’évolution de l’Univers.

L’équipe de recherche a utilisé le réseau de nanosatellites de la mission spatiale BRITE (BRIght Target Explorer) pour observer les variations dans le domaine visible de l’intensité lumineuse de la surface de Zeta Puppis pendant environ six mois, tout en épiant simultanément le comportement de son vent stellaire à l’aide de plusieurs observatoires professionnels et amateurs au sol.

Les observations ont révélé une périodicité de 1,78 jours à la fois à la surface et dans le vent de Zeta Puppis. Le comportement de ce signal périodique s’avère refléter la rotation de l’étoile par la présence de taches claires, ancrées à sa surface, qui évoluent et qui induisent la formation de structures spiralées à grande échelle dans le vent de l’étoile. Ces structures spiralées portent le nom de ‘régions d’interaction en corotation’ (corotating interaction regions – CIRs). « Lorsque nous avons réalisé que la périodicité à 1,78 jours dans les variations de la lumière de Zeta Pup était due à une modulation rotationnelle causée par la présence de taches claires à sa surface, nous avons utilisé un algorithme pour extraire des cartes montrant les emplacements et l’évolution des taches claires à la surface de l’étoile. D’autre part, en étudiant la lumière émise par l’hélium ionisé dans le vent de l’étoile à une longueur d’onde spécifique, nous voyons clairement des variations en forme de ‘S’ reflétant la signature de bras de CIRs induites dans le vent par les taches claires de la surface de l’étoile!« , explique Tahina Ramiaramanantsoa, étudiant au doctorat à l’Université de Montréal et membre du CRAQ, qui a mené la recherche publiée récemment dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Outre le signal périodique à 1,78 jours, les chercheurs ont également détecté des variations aléatoires sur des échelles de temps de quelques heures à la surface de Zeta Puppis. Ces variations aléatoires sont fortement corrélées avec le comportement de petites régions de surdensité dans le vent stellaire, connues sous le nom de grumeaux, qui se propagent vers l’extérieur avec le vent. « Ces résultats sont vraiment intéressants parce que nous avons aussi, pour la première fois, la preuve d’un lien direct entre des variations à la surface stellaire et la structure grumelée du vent, tous deux de nature aléatoire« , commente un autre membre de l’équipe de recherche et du CRAQ, Anthony Moffat, professeur émérite à l’Université de Montréal et chercheur principal de la contribution canadienne à la mission BRITE.

L’étoile brillante Zeta Puppis, visible à l’œil nu dans l’hémisphère sud, est une étoile massive évoluée ayant atteint le stade de supergéante. Elle est souvent considérée comme l’archétype des étoiles chaudes et massives dotées de vents très intenses. En effet, environ soixante fois plus massive et sept fois plus chaude que le Soleil, Zeta Puppis possède un vent stellaire environ un milliard de fois plus intense que celui de notre étoile. En comparaison, le vent solaire qui entraîne les aurores boréales et sculpte les formes des queues des comètes apparaît comme une légère brise devant la force gigantesque du vent de Zeta Puppis.

La plupart des étoiles massives font partie de systèmes binaires ou multiples. Or, non seulement Zeta Puppis est l’une des quelques étoiles massives connues comme étant simples mais, en plus, elle se déplace dans l’espace à une vitesse particulièrement élevée d’environ 60 km/s. Imaginez un objet d’environ soixante fois la masse du Soleil et voyageant environ soixante fois plus vite que la vitesse d’une balle de fusil! « Les divers scénarios théoriques permettant d’expliquer cette vitesse de déplacement particulièrement élevée de Zeta Pup impliquent des interactions dans un système binaire ou multiple dans le passé. Ces modèles prédisent une période de rotation relativement courte pour l’étoile. La prédiction est maintenant soutenue par ces nouveaux résultats observationnels!« , s’exclame Dany Vanbeveren, professeur au Vrije Universiteit de Bruxelles et membre de l’équipe de recherche.

Les origines physiques des taches claires et des variations stochastiques dans Zeta Pup demeurent inconnues pour l’instant et feront l’objet de recherches futures, nécessitant probablement d’autres types d’observations. Des travaux théoriques récents prédisent que l’énorme enveloppe radiative des étoiles massives contient probablement une mince zone convective située tout près de la surface stellaire. Cette zone de convection sub-surfacique pourrait être le lieu d’origine d’un champ magnétique à petite échelle pouvant occasionnellement remonter et percer la surface, engendrant des taches magnétiques brillantes. La formation de grumeaux dès la base du vent pourrait aussi être induite par des ondes excitées aléatoirement à partir de cette couche de convection sub-surfacique ou même à partir du cœur convectif.

Après plusieurs décennies de réflexion sur le lien potentiel entre la variabilité à la surface des étoiles massives et celle de leurs vents, ces résultats représentent une percée capitale dans la recherche sur les étoiles massives, essentiellement grâce aux nanosats de la mission spatiale BRITE et à la contribution importante des astronomes amateurs à la campagne d’observations. « C’est vraiment enthousiasmant de savoir que, même à l’ère des télescopes professionnels géants, les astronomes amateurs vraiment motivés peuvent jouer un rôle important dans le milieu scientifique, en utilisant les équipements de base de leur petit observatoire situé dans la cour arrière de leur maison! », dit Paul Luckas, de l’International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) à l’Université Western Australia. Paul est l’un des six astronomes amateurs qui a observé Zeta Puppis de manière intensive durant la campagne d’observation, à partir de son petit observatoire privé.

Restez à l’écoute!

Liens

• Article: (lien vers MNRAS/Arxiv)
• À propos de la mission BRITE: http://www.brite-constellation.at, http://brite.craq-astro.ca/doku.php

Image du haut

Vue d’artiste de la supergéante Zeta Puppis. La période de rotation de l’étoile déduite des nouvelles observations BRITE est de 1,78 jours, et l’axe de rotation de l’étoile est incliné de (24 ± 9)° par rapport à la ligne de visée. La tache claire qu’on voit passer devant sur cette image est l’une des deux taches équatoriales à l’origine des structures spiralées. Crédit: Tahina Ramiaramanantsoa

Contacts

Tahina RAMIARAMANANTSOA
Université de Montréal et Centre de Recherche en Astrophysique du Québec
Courriel: tahina@astro.umontreal.ca

Source

Robert LAMONTAGNE
Relation avec les médias
Centre de Recherche en Astrophysique du Québec
Tél.: 514 343 6111 (p. 3195)

Courriel: lamont@astro.umontreal.ca