Comme tout le reste de l'Univers, les étoiles vieillissent. Au cours de cette période tardive de leur vie stellaire, environ 30% des géants rouges de faible masse présentent une curieuse variabilité de leur luminosité qui reste inexpliquée à ce jour. Une nouvelle enquête sur ces types de géants rouges exclut la plupart des explications actuelles avancées, ce qui rend nécessaire de trouver une nouvelle théorie pour leur comportement.
Les géants rouges sont une étape dans la dernière partie de la vie d'une étoile semblable à celle du Soleil, lorsque la majeure partie du combustible alimentant la fusion nucléaire dans le cœur de l'étoile est épuisée. Le manque de pression lumineuse qui en résulte, poussant contre la force de gravité, fait que l'étoile s'effondre sur elle-même. Lorsque cet effondrement se produit, cependant, il chauffe suffisamment une coquille d'hydrogène autour du noyau pour relancer la fusion, ce qui entraîne une augmenter dans la fusion nucléaire qui fait grossir l'étoile en raison de l'augmentation de la pression lumineuse. Cela peut faire en sorte que l'étoile devienne 1 000 à 10 000 fois plus lumineuse.
La variabilité du flux lumineux des géants rouges est naturelle: ils gonflent et rétrécissent de manière cohérente, ce qui se traduit par des flux lumineux plus brillants et plus faibles. Il existe cependant une différence de luminosité d'environ un tiers à la moitié de ces étoiles qui se produit sur des périodes plus longues, pouvant aller jusqu'à cinq ans.
Appelée longue période secondaire (LSP), la luminosité changeante de l'étoile se produit sur des échelles de temps plus longues que la pulsation de période plus courte. C'est cette variation à long terme de la luminosité qui reste inexpliquée.
Une nouvelle étude détaillée de 58 géantes rouges variables dans le grand nuage de Magellan par Peter Wood et Christine Nicholls, tous deux de la Research School of Astronomy and Astrophysics de l'Australian National University, montre que les explications proposées de cette mystérieuse variabilité sont loin de la mesure propriétés des étoiles. Nicholls et Wood ont utilisé le spectrographe FLAMES / GIRAFFE sur le très grand télescope de l'ESO et ont combiné les informations avec les données d'autres télescopes comme le télescope spatial Spitzer.
Il y a deux explications principales du phénomène: la présence d'un objet compagnon aux géantes rouges qui orbitent de telle manière à changer leur luminosité, ou la présence d'un nuage de poussière circumstellaire qui bloque en quelque sorte la lumière provenant de l'étoile dans notre direction sur une échelle périodique.
Un compagnon binaire des étoiles changerait d'orbite de telle manière qu'il s'approcherait et s'éloignerait du point de vue de la Terre, et si le compagnon passait devant l'étoile, il atténuerait également la lumière provenant de la géante rouge. Dans le cas d'un compagnon binaire, les spectres du changement de luminosité entre toutes ces étoiles sont relativement similaires, ce qui signifie que pour que cette explication fonctionne, tous les géants rouges présentant la variation LSP devraient avoir un compagnon de taille similaire , environ 0,09 fois la masse du Soleil. Ce scénario serait extrêmement improbable, étant donné le grand nombre d'étoiles qui montrent cette variation de luminosité.
L'effet d'un nuage de poussière circumstellaire pourrait être une explication possible. Un nuage de poussière circumstellaire qui obscurcit la lumière de l'étoile une fois par orbite atténuerait suffisamment sa lumière pour expliquer le phénomène. La présence d'un tel nuage de poussière serait révélée par un excès de lumière provenant de l'étoile dans le spectre infrarouge moyen. La poussière absorberait la lumière de l'étoile et la réémettrait sous forme de lumière dans la région infrarouge moyen du spectre.
Les observations des étoiles LSP montrent la signature infrarouge moyen qui est un signe révélateur de la poussière, mais la corrélation entre les deux ne signifie pas que la poussière provoque la variation de luminosité. Il se pourrait que la poussière soit un sous-produit de la masse éjectée de l'étoile elle-même, dont la cause sous-jacente pourrait être associée au changement de luminosité.
Quelle que soit la cause de l'oscillation de la luminosité chez ces géants rouges, elle les fait éjecter de la masse en gros blocs ou sous la forme d'un disque en expansion. De toute évidence, de nouvelles observations seront nécessaires pour trouver la raison de ce phénomène.
Les résultats des observations de Nicholls et Wood ont été publiés dans The Astrophysical Journal. Deux articles décrivant leurs résultats sont disponibles sur Arxiv, ici et ici.
Source: ESO, papiers Arxiv
