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Une étude sur les naines blanches « polluées » révèle que les étoiles et les planètes grandissent ensemble

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Une équipe d’astronomes a découvert que la formation des planètes dans notre jeune système solaire a commencé beaucoup plus tôt qu’on ne le pensait, les éléments constitutifs des planètes se développant en même temps que leur étoile mère.

Une étude de certaines des étoiles les plus anciennes de l’univers suggère que les éléments constitutifs de planètes comme Jupiter et Saturne commencent à se former à mesure que la jeune étoile grandit. On pensait que les planètes ne se formaient qu’une fois qu’une étoile avait atteint sa taille finale, mais les nouvelles découvertes ont été publiées dans la revue astronomie naturellesuggère que les étoiles et les planètes « grandissent » ensemble.

La recherche, dirigée par l’Université de Cambridge, modifie notre compréhension de la façon dont les systèmes planétaires, y compris notre propre système solaire, se forment, résolvant potentiellement un casse-tête majeur en astronomie.

« Nous avons une assez bonne idée de la façon dont les planètes se forment, mais l’une des principales questions que nous nous posions est de savoir quand elles se forment : la formation des planètes commence-t-elle tôt, lorsque l’étoile mère est encore en croissance, ou des millions d’années plus tard ? » a déclaré le Dr Amy Bonsor du Cambridge Astronomy Institute, premier auteur de l’étude.

Pour tenter de répondre à cette question, Bonsor et ses collègues ont étudié les atmosphères des étoiles naines blanches – les anciens restes faibles d’étoiles comme notre Soleil – pour enquêter sur les éléments constitutifs de la formation des planètes. L’étude comprenait également des chercheurs de l’Université d’Oxford, de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, de l’Université de Groningue et de l’Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire, à Göttingen.

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« Certaines naines blanches sont des laboratoires étonnants, car leurs atmosphères minces ressemblent presque à des cimetières célestes », a déclaré Bonsor.

Habituellement, l’intérieur des planètes est hors de portée des télescopes. Mais une classe spéciale de naines blanches – appelées systèmes « pollués » – contient des éléments lourds tels que le magnésium, le fer et le calcium dans leurs atmosphères généralement pures.

Ces éléments doivent provenir de petits corps tels que des astéroïdes laissés par la formation des planètes, qui sont entrés en collision avec des naines blanches et ont brûlé dans leurs atmosphères. En conséquence, les observations spectroscopiques de naines blanches contaminées peuvent sonder les intérieurs brisés de ces astéroïdes, donnant aux astronomes un aperçu direct des conditions dans lesquelles ils se sont formés.

On pense que la formation des planètes commence dans un disque protoplanétaire – composé principalement d’hydrogène, d’hélium et de minuscules particules de glace et de poussière – en orbite autour d’une jeune étoile. Selon la théorie dominante actuelle sur la formation des planètes, les particules de poussière se collent les unes aux autres, formant finalement des corps solides de plus en plus gros. Certains de ces grands corps continueront à fusionner, devenant des planètes, et certains resteront sous forme d’astéroïdes, comme ceux qui sont entrés en collision avec des naines blanches dans l’étude actuelle.

Les chercheurs ont analysé les observations spectrales des atmosphères de 200 naines blanches polluées des galaxies voisines. Selon leur analyse, le mélange d’éléments observés dans les atmosphères de ces naines blanches ne peut s’expliquer que si plusieurs des astéroïdes d’origine ont fondu en même temps, provoquant l’enfoncement du fer lourd dans le noyau tandis que des éléments plus légers flottent à la surface. Ce processus, connu sous le nom de différenciation, est ce qui a amené la Terre à avoir un noyau riche en fer.

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« La cause de la fonte ne peut être attribuée qu’à des éléments radioactifs à très courte durée de vie, qui étaient présents dans les premiers stades du système planétaire mais se désintègrent en seulement un million d’années », a déclaré Bonsor. « En d’autres termes, si ces astéroïdes ont été fondus par quelque chose qui n’existait que très brièvement à l’aube du système planétaire, le processus de formation de la planète aurait dû commencer très rapidement. »

L’étude indique que l’image de la formation initiale est probablement correcte, ce qui signifie que Jupiter et Saturne ont tout le temps de grandir pour atteindre leur taille actuelle.

« Notre étude complète le consensus croissant dans le domaine selon lequel la formation des planètes a commencé tôt, les premiers objets se formant en conjonction avec l’étoile », a déclaré Bonsor. Les analyses de naines blanches contaminées nous apprennent que ce processus de fusion radiative est un mécanisme potentiellement omniprésent influençant la formation de toutes les exoplanètes.

« Ce n’est que le début – chaque fois que nous trouvons une nouvelle naine blanche, nous pouvons recueillir plus de preuves et en savoir plus sur la formation des planètes. Nous pouvons suivre des éléments comme le nickel et le chrome et déterminer la taille de l’astéroïde lorsqu’il s’est formé. Il a un noyau de fer. C’est incroyable que nous soyons capables d’explorer de tels processus dans les systèmes exoplanétaires. »

Amy Bonsor est chercheuse à la Royal Society de l’Université de Cambridge. La recherche a été financée en partie par la Royal Society, la Simons Foundation et le Conseil européen de la recherche.

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

Les astronomes ont découvert le carbone connu le plus éloigné de l’univers, remontant à seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte – issue du télescope spatial Webb de la NASA – a utilisé les observations infrarouges de l’actuel Advanced Extragalactic Deep Survey pour identifier le carbone dans une toute jeune galaxie qui s’est formée peu de temps après la nuit des temps.

Les résultats obligeront probablement les cosmologistes et les théoriciens à repenser une grande partie de tout ce qu’ils savent sur l’enrichissement chimique de notre univers.

Dans une recherche acceptée pour publication dans la revue Astronomie et astrophysiqueUne équipe internationale dirigée par des astronomes de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a détaillé ses observations de cette ancienne galaxie, connue sous le nom de GS-z12. Il est situé à un redshift supérieur à 12, près de l’aube cosmique.

« Il s’agit non seulement de la première découverte confirmée de carbone, mais aussi de la première découverte confirmée de tout élément chimique autre que les éléments primitifs produits par le Big Bang (hydrogène, hélium et traces de lithium), Francesco DiEugenio, auteur principal de l’article. . Un astrophysicien de l’Université de Cambridge me l’a dit par e-mail.

La découverte de ce carbone si tôt dans l’histoire cosmique pourrait également signifier que quelque part là-bas, la vie aurait pu démarrer plus tôt que prévu.

Cette découverte remet également en question nos modèles d’évolution chimique, dit DiEugenio. « Nous ne nous attendions pas à voir des abondances aussi élevées de carbone en oxygène avant plus tard dans l’histoire de l’univers », dit-il. Par conséquent, notre découverte indique des canaux d’enrichissement chimique nouveaux et inattendus dans l’univers primitif, explique Diogenio.

En raison de la faiblesse exceptionnelle de ces galaxies lointaines, l’équipe n’a pu détecter le carbone qu’après environ 65 heures d’observations par spectroscopie proche infrarouge.

Les astronomes utilisent la spectroscopie pour étudier l’absorption et l’émission de lumière et d’autres rayonnements par la matière. Chaque élément possède sa propre empreinte chimique qui apparaît dans le spectre de la cible céleste, ce qui a permis dans ce cas d’identifier de manière surprenante le carbone à des époques aussi précoces.

Comment ce carbone a-t-il été créé ?

Diogenio dit que le Big Bang n’a produit que de l’hydrogène, de l’hélium et des traces de lithium. Par conséquent, ce carbone – et tout le carbone de l’univers – doit avoir été produit à l’intérieur des étoiles, dit-il. Une partie du carbone est produite dans des étoiles massives à courte durée de vie, et une autre dans des étoiles de faible masse à longue durée de vie, explique DiEugenio.

Carbone via supernovae

Dans GS-z12, qui a une masse d’environ 50 millions de masses solaires seulement, nous pouvons exclure le deuxième scénario, car l’univers était si jeune que les étoiles de faible masse n’avaient pas assez de temps pour apporter des quantités significatives de carbone, explique DiEugenio. . Il dit que cela signifie qu’il a été produit dans des étoiles massives. Cependant, le rapport carbone/oxygène que nous observons dans GS-z12 ne correspond pas à celui des étoiles massives connues, explique Diogenio. C’est pourquoi nous pensons que cette découverte de carbone pourrait avoir été produite dans des types d’étoiles massives plus exotiques, telles que les étoiles du troisième groupe, dit-il.

Les étoiles du groupe III sont un groupe théorique des premières étoiles de l’univers.

Selon certains modèles, lorsque ces premières étoiles ont explosé en supernova, elles auraient pu libérer moins d’énergie que prévu initialement, suggère l’Université de Cambridge. Dans ce cas, il s’agit du carbone, qui était présent dans l’exosphère des étoiles et était moins lié gravitationnellement que l’oxygène, selon l’université. Par conséquent, ce carbone aurait pu s’échapper plus facilement et se propager dans toute la galaxie, tandis qu’une grande quantité d’oxygène serait retombée et s’effondrerait dans un trou noir, a expliqué l’université.

Ce carbone serait-il le résultat d’une étoile de Population III devenue supernova ?

« Nous ne savons pas avec certitude quel type d’étoile a produit ce carbone », explique DiEugenio. Cependant, étant donné le temps très court disponible pour l’évolution stellaire, celle-ci doit provenir d’explosions de supernova provoquées par la mort d’étoiles massives, explique Diogenio. Selon lui, des preuves allant de l’univers local jusqu’à un milliard d’années après le Big Bang montrent que le rapport carbone/oxygène produit par les supernovae est bien inférieur à ce que nous observons dans cette galaxie.

Rapports carbone/oxygène

Expliquer le rapport carbone/oxygène élevé observé dans le GS-z12 est difficile dans le cadre actuel, explique DiEugenio. Dans ce contexte, il existe certains scénarios théoriques dans lesquels les supernovae du groupe III produisent des ratios carbone/oxygène élevés ; Il dit que ce serait un scénario approprié, mais qu’il doit être confirmé.

Quant au carbone découvert ?

Diogenio dit qu’il a été produit dans l’une des coques internes brûlant de l’hélium d’une étoile massive alors qu’elle était sur le point de devenir une supernova. Il dit que lorsque l’étoile est devenue supernova, son gaz riche en carbone est revenu dans la galaxie.

C’est à ce moment-là qu’il est devenu détectable.

Ces premières supernovae et leurs sous-produits représentent les premières étapes de l’enrichissement chimique cosmique. Des milliards d’années plus tard, cette évolution chimique a conduit à l’émergence d’un groupe de galaxies telles que notre propre Voie Lactée ; Chimiquement riche et – sur cette planète du moins – regorgeant de vie basée sur le carbone.

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

Le système stellaire est situé à 3 400 années-lumière.

Vendredi, l’Agence spatiale européenne (ESA) a publié une image étonnante d’un mystérieux système stellaire. L’étoile est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique de glace et de feu », notant qu’elle devient de plus en plus chaude et faible.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « éruption semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois.

« C’est l’histoire de deux étoiles : une géante rouge fait généreusement don de matière à sa compagne naine blanche, créant ainsi un spectacle éblouissant. Du brouillard rouge ? Ce sont les vents forts de la géante rouge ! ️Mais Mira HM Sge est un véritable mystère. En 1975, les astronomes ont été surpris par une explosion semblable à une nova, mais contrairement à la plupart des novae, elle n’a pas disparu. Depuis, il fait plus chaud mais plus faible ! », lit-on dans la légende du message. Le message comprend quatre images qui, ensemble, constituent l’image complète du système stellaire symbiote.

Voir les photos ici :

Les astronomes ont utilisé de nouvelles données de Hubble et du SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) de la NASA, ainsi que des données d’archives d’autres missions, pour revisiter le système stellaire binaire.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, indiquant la présence d’un disque de matière en rotation.

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Entre avril et septembre 1975, la luminosité du système binaire HM Sagittae a été multipliée par 250. Récemment, des observations montrent que le système est devenu plus chaud, mais paradoxalement s’est légèrement atténué.

En réponse à l’image, un utilisateur a écrit : « C’est vraiment incroyable la danse des échanges matériels entre la géante rouge et la naine blanche. »

Un autre a commenté : « C’est tellement beau et mystérieux, j’adore ça. » Un troisième a déclaré : « Superbes clichés ».

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« Danse cosmique du feu et de la glace » : l’ESA partage des images époustouflantes du « mystérieux » système stellaire

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« Danse cosmique du feu et de la glace » : l’ESA partage des images époustouflantes du « mystérieux » système stellaire

L’Agence spatiale européenne a laissé les internautes impressionnés après avoir partagé vendredi un aperçu du « mystérieux » système stellaire Mira HM Sge. L’étoile symbiotique est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique du feu et de la glace », alors que l’étoile devenait de plus en plus chaude et plus sombre.

« La matière saigne de la géante rouge et tombe sur la naine, la rendant extrêmement brillante. Ce système a éclaté pour la première fois sous forme de nova en 1975. La brume rouge témoigne des vents stellaires. Son profil sur le site Web de la NASA indique que la nébuleuse est d’environ un quart de celle-ci. une année optique.

Le pont gazeux reliant actuellement l’étoile géante à la naine blanche devrait s’étendre sur environ 3,2 milliards de kilomètres.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « explosion semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois. Cependant, contrairement à la plupart des novae, elle ne s’est pas éteinte au cours des décennies suivantes. Des observations récentes suggèrent que le système est devenu plus chaud, mais qu’il s’est paradoxalement légèrement atténué.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, suggérant… « Il y a un disque de matière en rotation. « .

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Les données UV de Hubble indiquent que la température estimée de la naine blanche et du disque d’accrétion est passée de moins de 220 000 degrés Celsius en 1989 à plus de 250 000 degrés Celsius.

L’équipe de la NASA a également utilisé le télescope volant SOFIA, aujourd’hui retiré, pour détecter l’eau, les gaz et la poussière circulant dans et autour du système. Les données spectroscopiques infrarouges montrent que l’étoile géante, qui produit de grandes quantités de poussière, a retrouvé son comportement normal deux ans seulement après l’explosion, mais qu’elle est devenue plus faible ces dernières années. SOFIA a aidé les astronomes à voir l’eau se déplacer à environ 28 kilomètres par seconde, ce qui, selon eux, est la vitesse du disque d’accrétion sifflant autour de la naine blanche.

(Avec la contribution des agences)

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