La plupart des étoiles de la Voie lactée - comme notre propre Soleil - se déplacent sur des orbites presque circulaires de plusieurs millions d'années sans être perturbées par le trou noir super-massif (SMBH) au milieu de la galaxie. Mais à Milky Way Central, les étoiles peuvent afficher des mouvements inhabituellement frénétiques et très excentriques. Ceux qui sont les plus proches de la SMBH passent la plupart de leur temps près d'aphélie - bien loin de son horizon d'événement. Mais l'adhérence gravitationnelle incessante de la SMBH les attire à nouveau vers le périhélie. Comme ces étoiles perdent pied dans le puits de gravité de la SMBH, elles accélèrent rapidement - n'échappant à la dissolution totale qu'en raison de leur moment angulaire orbital extrêmement élevé.
Ces «étoiles S» ont été identifiées pour la première fois par deux équipes indépendantes d'astronomes (l'une dirigée par Reinhard Genzel à l'Institut Max Planck de Garching, en Allemagne, et l'autre par Andrea Ghez à l'UCLA) en 2002. En raison de fortes concentrations de gaz et de la poussière enveloppant le noyau galactique, les équipes ont dû détecter ces sources très mobiles à l'aide de la lumière infrarouge. En recherchant des changements dans les spectres des étoiles et en déterminant leur vitesse de déplacement par rapport à d'autres objets, des orbites précises ont pu être obtenues. Au cours des trois années qui ont suivi leur découverte, une étoile S (S2) a presque terminé une orbite complète de la SMBH de la Voie lactée.
Mais il y a quelque chose de très particulier dans les étoiles S. Sur la base des modèles actuels d'évolution stellaire, ces étoiles devraient être très anciennes - mais ont en quelque sorte réussi à conserver toutes les caractéristiques de la jeunesse.
Les astronomes théoriques Melvyn Davies de l'Observatoire de Lund, Suède et Andrew King de l'Université de Leicester, Royaume-Uni ont une réponse: «Notre image explique simultanément pourquoi les étoiles S ont des orbites étroitement liées, et l'épuisement observé des géantes rouges au centre même de la Galaxie. " La plupart des étoiles vues autour de nous (en dehors de la Voie lactée centrale) ont bien compris les cycles de vie. Ces étoiles passent par une «séquence principale» de développement - provenant de grands corps à basse température avec des fours de fusion centrale fumants et se terminant en petits nains blancs rayonnant de «chaleur» comme lumière visible tout en se relaxant tranquillement dans le crépuscule de leur carrière céleste.
Le destin d'une étoile est principalement déterminé par sa masse. Des étoiles super massives (jusqu'à 150 soleils) vivent très vite et survivent aussi peu que cinquante mille ans. Au cours de leur jeunesse, ces étoiles exultent sous la forme de géants bleus brillants avec des températures de surface pouvant atteindre 30 000 degrés C. Pendant ce temps, des étoiles plus modestes comme le Soleil vivent beaucoup plus longtemps et brillent de façon tempérée pendant 5 à 15 milliards d'années à des températures de surface plus basses (5 000 - 10 000 degrés). C). Dans toutes les étoiles, les fours nucléaires fournissent l'énergie nécessaire pour créer de la lumière visible. À mesure qu'une étoile mûrit, son four nucléaire grandit en surface et émet de plus en plus de rayonnement. À un certain point, la pression de radiation centrale devient si intense que l'atmosphère extérieure de l'étoile gonfle plusieurs fois. Cette enveloppe gazeuse diffuse à basse température indique aux astronomes qu'une étoile est bien avancée en âge et approche de la fin de son cycle de vie.
Mais il n'y a pas de telles «géantes rouges» parmi les étoiles S à Milky Way Central.
Toutes les étoiles naissent en grappes et forment des associations. Cela devrait inclure des étoiles S près de la SMBH. Les amas d'étoiles précipitent en tant que groupe dans de grandes régions de poussière nébulaire et de gaz primordial. Bien que les étoiles en grappes soient liées ensemble par gravitation, les forces de marée du centre de la galaxie peuvent les déchirer pendant des millions d'années. Les étoiles individuelles au sein de ces grappes s'enroulent ensuite en spirale vers le cœur de la galaxie. Au fur et à mesure que cela se produit, ces étoiles devraient vieillir pour devenir des «étoiles dans les étoiles» - des noyaux stellaires bleus très rayonnants entourés d'enveloppes gazeuses rouges géantes énormément gonflées. Dans leur article «Les étoiles du centre galactique» (publié le 21 mars 2005), les auteurs continuent: «Les étoiles S orbitent dans une région où les forces de marée du trou noir super-massif central empêchent la formation d'étoiles.»
Selon la pensée astronomique actuelle, les étoiles S devraient également se former en amas, et ces amas doivent provenir bien loin des forces de marée près du noyau de la galaxie. Il est possible, bien sûr, que les étoiles S aient un cycle de naissance différent des autres étoiles. Une idée explorée par les théoriciens est que les étoiles S centrales se forment à la suite de collisions récentes entre des nuages moléculaires denses près de la Voie lactée centrale. Une autre notion est qu'ils peuvent être extraits du disque d'accrétion entourant le SMBH lui-même. Pour tenir compte de leur luminosité et des températures élevées (30K degrés C), les étoiles S doivent avoir des masses intermédiaires (~ 10 solaires) et vivre des cycles de vie relativement courts (~ 10 Myrs). En raison de ces contraintes, les étoiles S centrales doivent toutes être relativement jeunes et de nouvelles doivent se former en permanence.
«Une image alternative plausible est que les étoiles S résultent du naufrage d'amas stellaires massifs vers le trou noir par friction dynamique. Cependant, les marées perturbent ces amas à des distances beaucoup plus éloignées que la région des étoiles S observées. Fournir les étoiles S nécessite une diffusion dans des orbites radiales proches par des interactions gravitationnelles avec d'autres étoiles. Cependant, ce processus se produit à une échelle de temps qui dépasserait considérablement la durée de vie de la séquence principale de ces étoiles aux températures observées. » écrit la paire.
En effet, les étoiles S centrales doivent être très jeunes et livrées dans la région de la SMBH par un mécanisme inconnu, ou elles doivent être beaucoup plus anciennes que prévu et être en quelque sorte rendues «jeunes» en interagissant avec le trou noir et ses environs immédiats. Pourrait-il y avoir une «fontaine de jeunesse stellaire» au centre de la galaxie de la Voie lactée?
"Le décapage des étoiles résout le problème de la naissance", explique les auteurs. "... les seules étoiles potentiellement identifiables comme les géants rouges du Centre Galactique perdent leurs enveloppes et se transforment en étoiles S." Les étoiles S de base ont subi un processus de naissance et de maturation en grappes similaire à notre Soleil. Parce qu'ils peuvent être moins massifs qu'on ne le pensait (~ 1-4 masses solaires), ils ont eu plus de temps pour se déplacer vers le cœur.
Poussés vers l'intérieur par la diffusion gravitationnelle d'étoiles plus massives, ces géants rouges vieillissants reçoivent un «lifting» cosmique - alors que les forces de marée du trou noir retirent leurs linceuls extérieurs pour rejoindre d'autres gaz alimentant la SMBH elle-même. En raison d'une longévité plus grande qu'une fois, ces étoiles de masse inférieure ont eu amplement le temps d'arriver au noyau galactique à partir d'amas plus éloignés. Le fait qu'ils aient perdu leurs linceuls explique leur brillance relative, leurs températures élevées et leur jeunesse apparente.
Notre propre Soleil a-t-il un tel avenir devant lui?
Selon Melvyn Davies, "Non, le soleil ne subira pas le même sort. Nous sommes trop loin du centre galactique. Nous sommes à environ 30000 années-lumière du trou noir; les étoiles qui se sont dispersées sont venues de beaucoup plus près, certainement pas plus de 3000 années-lumière. » Le professeur Andrew King ajoute: «Le Soleil n'a pas de compagnon proche qui pourrait perturber son évolution normale. Ainsi, il deviendra éventuellement une géante rouge et évoluera en une naine blanche ordinaire. »
Eh bien, il semblerait qu'il n'y ait pas de fontaine de jouvence au centre de la galaxie pour Sol après tout.
Écrit par Jeff Barbour
