Communiqué de presse

L'étrange mystère de la naine manquante

Le nouvel instrument SPHERE révèle sa puissance

18 février 2015

L'instrument SPHERE qui, depuis peu, équipe le Très Grand Télescope de l'ESO, a été utilisé afin de détecter la présence supposée d'une naine brune en orbite autour de l'étrange système d'étoiles doubles V471 Tauri. SPHERE a offert aux astronomes l'image la mieux résolue à ce jour des environs de cet étonnant objet – pour autant, ils n'ont rien découvert. La surprenante absence de cette hypothétique naine brune questionne la validité de la théorie censée rendre compte de l'étrange comportement de V471 Tauri. Ce résultat inattendu fait l'objet d'une explication détaillée au sein du tout premier article scientifique rédigé sur la base des observations de SPHERE.

Certaines paires d'étoiles sont constituées de deux étoiles normales dotées de masses sensiblement différentes. Lorsque l'étoile de masse légèrement supérieure vieillit et grossit au point de devenir une géante rouge, de la matière est transférée à l'autre étoile. Au fil du temps, cette matière forme une vaste enveloppe gazeuse qui enserre le système double. Puis le nuage se disperse, ce qui se traduit par le rapprochement des deux étoiles. Cette paire resserrée se compose dès lors d'une naine blanche et d'une étoile plus classique [1].

V471 Tauri constitue ce type de paire stellaire [2]. Il figure au sein de l'amas des Hyades dans la constellation du Taureau. Son âge est estimé à 600 millions d'années, et sa distance à la Terre avoisine les 163 années-lumière. Il est composé de deux étoiles situées à très grande proximité l'une de l'autre, dont la période de révolution est d'une douzaine d'heures. A deux reprises lors de chaque orbite, l'une des deux étoiles passe devant l'autre – ce type d'éclipse se traduit par des variations périodiques de luminosité du système observées depuis la Terre.

Une équipe d'astronomes conduite par Adam Hardy (Université de Valparaiso, Valparaiso, Chili), a dans un premier temps utilisé le système ULTRACAM installé sur le Télescope de Nouvelle Technologie (NTT pour New Technology Telescope) afin de mesurer, avec grande précision, ces variations de luminosité. Les instants auxquels se produisent les éclipses ont ainsi été déterminés avec une précision inférieure à deux secondes – ce qui constitue une réelle avancée comparé aux mesures antérieures.

Le fait que les éclipses ne se produisent pas à intervalles de temps réguliers pouvait fort bien s'expliquer par l'existence d'une naine brune à proximité de la paire d'étoiles – sa présence ayant pour effet de perturber gravitationnellement leurs orbites respectives. D'autres indices plaidaient également en faveur de l'existence d'un second objet de petite taille.

Jusqu'à présent, il s'était avéré impossible toutefois de capturer l'image d'une naine brune de faible luminosité à si grande proximité d'étoiles plus brillantes. Grâce à l'instrument SPHERE récemment installé sur le Très Grand Télescope de l'ESO, l'équipe a été en mesure d'observer, pour la toute première fois, cette région du ciel présumée occupée par la naine brune en question. Les images de SPHERE, dont la très haute résolution aurait pu permettre de facilement localiser cet objet [3], n'ont toutefois rien révélé.

“De nombreux articles suggèrent l'existence de tels objets circumbinaires, mais les résultats obtenus dans le cadre de notre étude mettent sérieusement en doute cette hypothèse”, note Adam Hardy.

L'absence d'un tel objet en orbite autour de ce système binaire étant avérée, quelle pourrait être la cause des étranges variations orbitales observées ? Plusieurs hypothèses ont été formulées, certaines d'entre elles ont d'ores et déjà été écartées. Reste la possibilité que ces perturbations résultent de variations du champ magnétique à l'intérieur de l'étoile la plus massive [4], semblables à celles, de moindre magnitude, observées dans le Soleil.

“Une étude telle que celle-ci a nécessité de nombreuses années de travail, mais son achèvement a requis l'arrivée d'instruments nouveaux et puissants tel que SPHERE. C'est ainsi que la science progresse : les observations effectuées au moyen de nouveaux outils, technologiquement plus aboutis, viennent confirmer, ou dans notre cas infirmer, les hypothèses jadis formulées. Il s'agit là d'un excellent moyen d'entamer la carrière observationnelle de ce formidable instrument” conclut Adam Hardy.

Notes

[1] De telles paires sont qualifiées de binaires à post enveloppe commune.

[2] Cette appellation découle du fait que cet objet constitue la 471ème étoile variable (ou paire d'étoiles, comme le montre l'analyse plus détaillée) identifiée au sein de la constellation du Taureau.

[3] Les images de SPHERE sont dotées d'une résolution si élevée qu'elles auraient immanquablement révélé l'existence d'un compagnon tel qu'une naine brune 70 000 fois moins brillante que l'étoile centrale et distante de seulement 0,26 secondes d'arc. Dans le cas présent, la naine brune supposée aurait été caractérisée par une brillance nettement plus élevée.

[4] Cet effet a été baptisé mécanisme Applegate (du nom de l’astrophysicien qui l’a décrit en 1992). Il se traduit par des variations régulières de la forme de l'étoile, qui peuvent produire des variations de la luminosité apparente de l'étoile double observée depuis la Terre.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “The First Science Results from SPHERE: Disproving the Predicted Brown Dwarf around V471 Tau” par A. Hardy et al., à paraître au sein de la revue Astrophysical Journal Letters le 18 février 2015.

L'équipe est composée de A. Hardy (Université Valparaíso, Valparaíso, Chili), M.R. Schreiber (Université Valparaíso), S.G. Parsons (Université Valparaíso), C. Caceres (Université Valparaíso), G. Retamales (Université Valparaíso), Z. Wahhaj (ESO, Santiago, Chili), D. Mawet (ESO, Santiago, Chili), H. Canovas (Université Valparaíso), L. Cieza (Université Diego Portales, Santiago, Chili; Université Valparaíso), T.R. Marsh (Université de Warwick, Coventry, Royaume-Uni), M.C.P. Bours (Université de Warwick), V.S. Dhillon (Université de Sheffield, Sheffield, Royaume-Uni) et A. Bayo (Université Valparaíso).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 16 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est l’un des partenaires majeurs d’ALMA, le plus grand projet astronomique en service. Et, sur le Cerro Armazones, à proximité de Paranal, l’ESO est en train de construire le télescope géant européen de 39 mètres, l’E-ELT, qui sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1506.