Une étoile voyou est celle qui a échappé à l'attraction gravitationnelle de sa galaxie d'origine. Ces étoiles dérivent à travers l'espace intergalactique et sont donc parfois appelées étoiles intergalactiques. Parfois, lorsqu'une étoile voyou est éjectée de sa galaxie, elle traîne sa paire binaire le long du trajet.
Les astronomes pensent que la plupart des étoiles vivent dans des relations binaires, où deux étoiles tournent l'une autour de l'autre, ou tournent autour d'un centre de gravité commun. Les étoiles binaires ne doivent pas nécessairement être des étoiles comme notre Soleil; ils peuvent être des objets stellaires plus exotiques comme les étoiles à neutrons. Une nouvelle étude basée sur les données de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA met en évidence un certain nombre de ces paires et comment elles ont été éjectées.
"C'est comme un invité qui a demandé de quitter une fête avec un ami tapageur."
Xiangyu Jin, auteur principal, Université McGill
L'auteur principal de l'étude est Xiangyu Jin de l'Université McGill à Montréal, Canada. L'article s'appelle «Détection Chandra des sources de rayons X intra-amas à Fornax» et est publié dans The Astrophysical Journal. Comme le titre l'indique, l'équipe s'est concentrée sur l'amas de galaxies Fornax, une région située à environ 60 millions d'années-lumière de la Terre.
L'équipe a trouvé environ 30 sources de rayons X dans la région de Fornax qui semblent être en dehors de toute galaxie. Ce sont probablement des paires d'étoiles qui ont été éjectées de leurs galaxies. Comment ça se passe?
Une explication concerne les explosions de supernovae et les étoiles à neutrons.
Lorsqu'une étoile de masse suffisante atteint la fin de sa vie de fusion, elle explose en supernova. Cette explosion laisse une étoile à neutrons derrière. Selon les circonstances, cette explosion est inégale, et le recul peut envoyer l'étoile à neutrons caréner hors de sa galaxie. Et il peut faire glisser son partenaire binaire avec lui.
"C'est comme un invité qui a demandé de quitter une fête avec un ami tapageur", a déclaré Jin. "L'étoile compagnon dans cette situation est traînée hors de la galaxie simplement parce qu'elle est en orbite avec l'étoile qui est devenue supernova."
Ces binaires voyous sont difficiles à repérer, mais il existe un moyen. Si la paire est suffisamment proche l'une de l'autre, la plus massive commencera à se nourrir de l'autre, attirant la matière vers elle, formant un disque gazeux. Ce faisant, la matière commence à tourner de plus en plus vite autour de la plus grande étoile. La friction réchauffe alors la matière et le disque gazeux chauffe à des dizaines de millions de degrés. Ensuite, il émet des rayons X, que l'observatoire de Chandra est expert à voir.
L'équipe a utilisé 15 jours d'observations Chandra réparties sur plusieurs années et, combinées à des observations optiques, elles ont pu confirmer que les 30 sources de rayons X ne se trouvent dans aucune des galaxies de l'amas Fornax, et sont en fait des étoiles voyous.
"Plutôt que d'être attachées à une galaxie particulière, ces paires d'étoiles existent maintenant dans l'espace entre les galaxies, ou sont en train de sortir de leur galaxie d'origine", a déclaré le co-auteur Meicun Hou, de l'Université de Nanjing en Chine.
Cependant, toutes les étoiles voyous dérivantes n'ont pas été expulsées de leur galaxie d'origine. L'équipe a également trouvé 150 autres sources de rayons X qui se trouvent en dehors d'une frontière galactique. Ils peuvent être situés aux confins du halo qui entoure l'amas Fornax.
Plutôt que d'expulsion en raison d'explosions de supernovae, ils ont peut-être été victimes de rencontres galactiques rapprochées. Lorsque deux galaxies entrent en collision ou passent suffisamment près l'une de l'autre, certains fichiers binaires à rayons X sont perturbés par gravité et envoyés dans l'espace intergalactique. Ou ils pourraient être des restes d'une galaxie qui a été dépouillée d'étoiles par l'une de ces rencontres rapprochées galactiques.
"C'est comme la fin d'une fête, où les personnes présentes partent dans des directions différentes, et seuls les hôtes sont laissés pour compte", a déclaré le co-auteur Zhenlin Zhu, également de l'Université de Nanjing. "Dans le cas de Fornax, le cas extrême est que les galaxies originales n'existent plus vraiment."
Les observations de Chandra dans cette étude se sont élevées à 15 jours, permettant à l'équipe de découvrir 1 177 sources de rayons X dans leur région de recherche, qui couvre 29 galaxies dans l'amas Fornax. L'équipe a estimé combien de ces sources appartiennent probablement aux galaxies de l'amas, et combien sont des sources beaucoup plus éloignées non contenues dans l'amas. Cela leur a laissé environ 180 sources situées bien en dehors des principales régions stellaires des galaxies de l'amas.
"Bien que nous soyons très enthousiasmés par ce que nous avons trouvé, nos données suggèrent qu'il pourrait y avoir beaucoup plus de ces binaires expulsés qui sont trop faibles pour être vus dans les données de Chandra", a déclaré le co-auteur Zhiyuan Li, également de l'Université de Nanjing. "Nous aurons besoin de plus longues observations Chandra pour détecter cette population de sources plus faibles."
