Le mystère des étoiles hypervéloces résolu ?

Les archéologues galactiques tentent de reconstituer l'histoire de la Voie lactée, d'abord bien sûr parce que c'est notre Galaxie, là où sont nées les étoiles à l'origine des éléments chimiques qui composent le Système solaire, le SoleilSoleil et la Terre mais aussi sans doute parce que cela peut nous renseigner sur les mécanismes d'évolution des autres galaxies.

Les astronomesastronomes étudient notamment les courants de marée d’étoiles, c'est-à-dire les filaments d'étoiles arrachées par la gravitégravité de la Voie lactée à des galaxies nainesgalaxies naines passées trop près d'elle, mais pas seulement. Il existe ainsi une campagne d'observations dans l'hémisphère australhémisphère austral baptisée Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey (en abrégé S5). Elle a permis de faire une découverte très intéressante, il y a peu de temps, en conjonctionconjonction avec des observations menées avec la Rolls-Royce des missions d'astrométrie : Gaia.

Comme l'expliquent les chercheurs dans un article en accès libre publié dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society il s'agit de la découverte d'une étoile hypervéloce dont la vitessevitesse est telle, 6 millions de kilomètres par heure, qu'elle dépasse la vitesse de libération de la Voie lactée et qu'elle va donc quitter notre Galaxie. Appelée S5-HVS1, elle a été découverte dans la constellationconstellation de la Grue en utilisant l'Anglo-Australian Telescope.

Des étoiles catapultées par les forces de marée d'un trou noir

Une vingtaine de ces étoiles avec une vitesse de l'ordre de 1.000 km/s sont connues dans la Voie lactée (pour mémoire, les étoiles dans notre Galaxie se déplacent généralement à des vitesses 10 fois plus faibles). On les observe depuis 2005 mais leur existence avait été prédite théoriquement en 1988 par l'astronome Jack G. Hills, réputé pour ses travaux sur la dynamique stellaire. Pour expliquer les vitesses atypiques de ces étoiles, en fait découvertes ultérieurement, le chercheur avait fait intervenir des systèmes binairessystèmes binaires passés trop près des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs au cœur des grandes galaxies.

Mais jusqu'à présent, aucune indication vraiment solidesolide de l'occurrence de ce qui est appelé le mécanisme de Hills n'avait été apporté, bien que des observations plaidaient déjà en ce sens. Or, S5-HVS1 passe relativement près du Soleil à l'échelle de la Voie lactée, plus précisément à une distance d'environ 29.000 années-lumièreannées-lumière. Les chercheurs ont donc disposé de mesures suffisamment bonnes pour leur permettre de reconstituer une trajectoire passée, laquelle mène justement aux abords de Sgr A*, le trou noir supermassif de notre Galaxie.

Les calculs montrent donc qu'il y a environ 4,8 millions d'années, avant l'apparition des AustralopithèquesAustralopithèques, une étoile binaire est passée trop près de notre trou noir galactique. Les forces de maréeforces de marée ont alors séparé les deux étoiles et l'une a été projetée en direction du milieu intergalactique, à une vitesse de l'ordre de 1.800 kilomètres par seconde initialement, milieu qu'elle rejoindra dans un avenir très proche à l'échelle du temps caractéristique d'une galaxie.

On a donc maintenant des raisons supplémentaires de croire que toutes les étoiles hypervéloces de la Voie lactée trouvent bien leur origine dans le mécanisme de Hills.

HE 0437-5439, l'étoile hyper-véloce qui fuit notre Galaxie

Article de Jean-Baptiste FeldmannJean-Baptiste Feldmann publié le 03/08/2010

A près de trois millions de kilomètres à l'heure, propulsée par un effet de fronde gravitationnelleeffet de fronde gravitationnelle, elle fonce vers l'espace intergalactique : HE 0437-5439 est une étoile hyper-véloce. Ce genre de bolidebolide est très rare. On en compte 16 à ce jour. Le télescope spatial Hubble suit sa course.

C'est en 2005 qu'a été découverte la première étoile hyper-véloce, HE 0437-5439. On doit cette trouvaille à Warren Brown, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, alors qu'il utilisait l'un des quatre télescopes du réseau VLT (pour Very Large TelescopeVery Large Telescope). Depuis, cet astronome a déniché 14 des 16 étoiles hyper-véloces connues aujourd'hui.

Fonçant à 722 kilomètres par seconde (soit 2,6 millions de kilomètres à l'heure), HE 0437-5439 se déplace deux fois plus vite que la vitesse nécessaire pour se libérer de l'attraction gravitationnelle de notre galaxie et trois fois plus vite que le Soleil. Pour Warren Brown, « dans des circonstances normales les étoiles ne se déplacent pas aussi vite. Il faut un événement exceptionnel pour en arriver là ».

On savait déjà qu'une supernovasupernova pouvait donner naissance à une étoile hyper-véloce : l'éjection des couches externes de l'étoile moribonde à plusieurs millions de kilomètres à l'heure pouvait ne pas être symétrique et provoquer un effet de réaction qui propulse l'étoile à neutronsétoile à neutrons dans la direction opposée. Une situation qu'on observe chez RX J0822-4300. Mais pour HE 0437-5439, qui est déjà à 200.000 années-lumière du centre de notre disque galactique, dans sa lointaine banlieue, Brown et son équipe ont trouvé un autre accélérateur.

L'étoile hyper-véloce HE 0437-5439 photographiée par le télescope spatial Hubble. Crédit Nasa/Esa/O. Gnedin/W. Brown

Un trou noir comme fronde cosmique

Grâce aux observations conduites avec le télescope spatial Hubble, Brown et son équipe ont pu mesurer le mouvementmouvement de l'étoile et remonter à son point de départpoint de départ : le trou noir au centre de notre Galaxie ! Ils ont ensuite imaginé un scénario pour expliquer ce qui avait pu se produire. Il y a cent millions d'années, HE 0437-5439 formait un trio d'étoiles au cœur de notre Galaxie : deux en orbiteorbite très rapprochée et une autre un peu plus loin. Cette dernière a été aspirée lors du rapprochement avec le trou noir central tandis qu'un effet de fronde gravitationnelle propulsait à grande vitesse les deux autres étoiles. Alors qu'il fuyait le centre galactiquecentre galactique, le couple stellaire a continué son évolution : l'étoile la plus massive, devenue géante rougegéante rouge, a fini par absorber sa voisine pour donner la géante bleue qu'on observe actuellement, HE 0437-5439.

Ce scénario, qui explique la position et la vitesse actuelles de l'étoile hyper-véloce, a également le mérite de résoudre une autre énigme. L'hypothèse de la fusionfusion d'une étoile binaire permet en effet d'expliquer la nature de l'astreastre observé actuellement (HE 0437-5439 est une géante bleue dont l'espérance de vieespérance de vie est inférieure à 20 millions d'années) et son âge réel, au moins 100 millions d'années. En 2008 une autre équipe de chercheurs (A. Bonanos/M. Lopez-Morales du Carnegie, et leurs collaborateurs) avaient imaginé un autre scénario : selon eux, HE 0437-5439 avait été éjectée du Grand Nuage de MagellanGrand Nuage de Magellan, une source beaucoup plus proche où les abondances relatives de certains éléments chimiques sont comparables à la composition de l'étoile hyper-véloce.

Brown et son équipe vont maintenant utiliser le télescope spatial Hubble pour tenter de mesurer la vitesse de quatre autres étoiles hyper-véloces en vue d'en déduire l'origine.

Cette vue d'artiste représente les différentes étapes du scénario élaboré par Warren Brown et son équipe pour expliquer l'évolution de l'étoile hyper-véloce HE 0437-5439. © Nasa/Esa/A. Feild (STScI)