Novae récurrente, échos légers et mystère de T Pyxidis

Certains des événements les plus violents de notre univers ont fait l'objet de discussions ce matin au 222^{Dakota du Nord} réunion de l'American Astronomical Society à Indianapolis, Indiana, alors que des chercheurs ont révélé des observations récentes d'échos lumineux vus comme le résultat d'explosions stellaires.

Un léger écho se produit lorsque nous voyons de la poussière et des matériaux éjectés illuminés par une brillante nova. Un phénomène similaire se traduit par ce qu'on appelle une nébuleuse de réflexion. Une étoile est censée devenir nova lorsqu'une étoile naine blanche siphonne du matériel d'une étoile compagne. Cet hydrogène accumulé s'accumule sous une pression terrible, déclenchant une brève explosion de fusion nucléaire.

Un cas très spécial et rare est une classe de variables cataclysmiques appelées novae récurrentes. Moins d'une douzaine de ces types d'étoiles sont connus dans notre galaxie, et le cas le plus célèbre et le plus bizarre est celui de T Pyxidis.

Situé dans la constellation sud de Pyxis, T Pyxidis plane généralement autour de +15^e magnitude, une cible faible, même dans un grand télescope d'arrière-cour. Il a cependant été sujet à de grandes explosions approchant la luminosité à l'œil nu tous les 20 ans environ à une magnitude de +6,4. C'est un changement de luminosité presque 4000 fois.

Mais le mystère n'a fait que s'approfondir autour de cette étoile. Huit explosions ont été surveillées par les astronomes de 1890 à 1966, puis… rien. Pendant des décennies, T Pyxidis est resté silencieux. La spéculation est passée de quand T Pyxidis sauterait à Pourquoi cette étoile subissait soudain une longue phase de silence.

Les modèles de novae récurrents pourraient-ils avoir besoin d'une refonte?

T Pyxidis a finalement répondu aux questions des astronomes en 2011, subissant sa première explosion en 45 ans. Et cette fois, ils avaient en main le télescope spatial Hubble pour assister à l'événement.

En fait, Hubble venait d'être rénové lors de la dernière visite de la navette spatiale Atlantis à l'observatoire en orbite en 2009 sur STS-125 avec l'installation de sa caméra à champ large 3, qui a été utilisée pour surveiller l'explosion de T Pyxidis.

L'observation de l'écho lumineux par Hubble a également surpris les astronomes.

"Nous nous attendions à ce que ce soit une coquille sphérique", a déclaré Arlin Crotts de l'Université de Columbia, se référant à l'éjecta à proximité de l'étoile. «Cette observation montre qu'il s'agit d'un disque et qu'il est peuplé d'éjectas rapides des explosions précédentes.»

En effet, cette découverte soulève des possibilités passionnantes, telles que fournir aux chercheurs la possibilité de cartographier l'anatomie des explosions précédentes de l'étoile à mesure que l'écho de la lumière évolue et illumine l'intérieur 3D du disque comme une lanterne chinoise. Le disque est incliné d'environ 30 degrés par rapport à notre ligne de visée, et les chercheurs suggèrent que l'étoile compagnon pourrait jouer un rôle dans le moulage de sa structure d'une sphère en disque. Le disque de matière entourant T Pyxidis est énorme, environ 1 année-lumière de diamètre. Cela se traduit par un diamètre d'anneau apparent de 6 secondes d'arc (environ 1/8 de la taille apparente de Jupiter à l'opposition), vu de notre point de vue terrestre.

Paradoxalement, des échos lumineux peuvent sembler se déplacer à des vitesses supraluminiques. Cette illusion est le résultat de la géométrie du chemin que la lumière emprunte pour atteindre l'observateur, traversant des distances similaires mais arrivant à des moments différents.

Et en parlant de distance, la mesure des échos lumineux a donné aux astronomes une autre surprise. T Pyxidis est situé à environ 15 500 années-lumière de distance, à l'extrémité supérieure de 10% de la fourchette estimée de 6 500 à 16 000 années-lumière précédentes. Cela signifie que T Pyxidis est un objet intrinsèquement brillant, et ses explosions sont encore plus énergétiques que prévu.

Des échos lumineux ont été étudiés autour d'autres novae, mais c'est la première fois que les scientifiques ont pu les cartographier de manière approfondie en 3 dimensions.

"Nous avons tous vu comment la lumière des obus de feux d'artifice pendant la grande finale éclairera la fumée et la suie des obus plus tôt dans le spectacle", a déclaré le membre de l'équipe Stephen Lawrence de l'Université Hofstra. "De manière analogue, nous utilisons la lumière du dernier éclat de T Pyx et sa propagation à la vitesse de la lumière pour disséquer ses feux d'artifice des décennies passées."

Les chercheurs ont également expliqué à Space Magazine le rôle que les astronomes amateurs ont joué dans la surveillance de ces explosions. Il n’existe qu’un «temps d’étendue» très limité, dont très peu peut être consacré exclusivement à l’étude des échos lumineux. Les amateurs et les membres de l'American Association of Variable Star Observers (AAVSO) sont souvent les premiers à avertir les pros qu'une explosion est en cours. Un exemple célèbre de cela s'est produit en 2010, lorsque l'observatrice de l'arrière-cour basée en Floride, Barbara Harris, a été la première à repérer une explosion de novae récurrentes U Scorpii.

Et bien que T Pyxidis soit maintenant en sommeil pendant les prochaines décennies, il existe plusieurs autres novae récurrentes qui méritent un examen approfondi:

De toute évidence, les novae récurrentes ont un conte pour nous parler du rôle qu'elles jouent dans le cosmos. Félicitations à Lawrence et à son équipe pour la découverte… gardez un œil sur les futurs feux d'artifice de cette rare classe d'étoile!

Lisez le communiqué de presse original de la NASA et plus sur T Pyxidis ici.