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Les Étoiles Hypervéloces

Notre Trou Noir a Expulsé une Étoile

A.Kh. - SCIENCES ET AVENIR N°875 > Janvier > 2020

Ces Étoiles Hypervéloces venues d'Ailleurs

J.O.B. - SCIENCES ET AVENIR N°862 > Décembre > 2018

Des Étoiles venues d'une autre Galaxie

CIEL & ESPACE N°556 > Novembre-Décembre > 2017

Étoiles Hypervéloces

COMMENT ÇA MARCHE N°50 > Août > 2014

De Mystérieux Bolides dans la Voie Lactée

CIEL & ESPACE N°525 > Février > 2014

Les Bolides de l'Espace

bolideMorne existence que celle des étoiles, dont la plupart orbitent lentement autour du centre de leur galaxie. Aussi, qu'elle n'a pas été la surprise de l'astronome américain Warren Brown lorsqu'il a détecté, en 2005, une Étoile fonçant à travers le halo de la Voie lactée après de... 2,6 millions de km/h. Une vitesse plus de trois fois supérieures à la moyenne !

Et ce n'est pas la seule : on connaît aujourd'hui pas moins de 16 de ces "hypervelocity stars" (HVS), ou "étoiles hyper véloces", bolides dont la vitesse atteint des millions de kilomètres par heure. Elle semble fuir le centre de notre galaxie, comme si elles avaient vu la mort en personne... Ce qui n'est pas loin d'être le cas.

UNE VITESSE PRODIGIEUSE : Dès les années 1980 en effet, le théoricien américain Jack Hills avait prévu que si une étoile passait un peu trop près d'un trou noir supermassif, un ogre avaleur de matière, elle n'aurait aucune chance de s'échapper à moins de faire parti d'un système binaire... et de sacrifier son étoile compagnon. En effet, lorsque le couple frôle le trou noir, leur lien gravitationnel peut être déchiré. L'une sombre dans l'abîme, tandis que l'autre, libérée, est propulsée comme par une fronde. Sa vitesse est alors si prodigieuse qu'elle échappe à l'attraction gravitationnelle de sa galaxie ! "C'est le scénario qui prévaut aujourd'hui pour la plupart des HVS, confirme Warren Brown. Mais des questions demeurent". Car, toujours en 2005, une autre HVS, bien étrange, a été observée dans notre galaxie. Par sa composition chimique, elle ressemble aux étoiles du Grand Nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre... Mais sans trou noir supermassif ! On pense donc que des amas d'étoiles pourraient aussi servir de catapultes. Même question pour la dernière HVS détectée : elle vient du pourtour de la Voie lactée, région qui n'abrite aucun trou noir supermassif. Toutefois, d'après sa composition chimique, on pense que cette étoile a dû être très proche d'une supernova, une étoile massive qui, arrivée en fin de vie, a explosé. L'onde de choc a-t-elle pu être assez violente pour l'éjecter à plus de 2 millions de kilomètres heure ? Quoi qu'il en soit, ces deux cas particuliers pourraient être le signe que les scénarios de formation des HVS sont multiples. Même si, tempère Warren Brown, "pour tirer des conclusions statistiques sérieuses, il faudra attendre d'en observer au moins une centaine". La traque ne fait que commencer... 2,6 millions de kilomètres heure. C'est la vitesse maximale détectée pour une étoile de notre galaxie. Une vitesse qui permettrait d'effectuer un trajet Paris New York en 8 secondes ! L'attraction de la galaxie n'étant plus suffisante pour la retenir, l'étoile s'enfuit pour ne jamais revenir.

B.R. - SCIENCE & VIE > Juillet > 2009

Excès de Vitesse

Une nouvelle étoile hypervéloce a été identifiée grâce au télescope de 2,2 m de l'ESO. Baptisée HD 271791, elle s'échappe de la Voie lactée à 2,2 millions de kilomètres/heure.

Contrairement aux 16 autres étoiles rapides déjà connues, elle n'a pas été accélérée par le trou noir central de la Galaxie mais par l'explosion d'une supernova.

CIEL & ESPACE > Février > 2009

Une Étoile Fuit la Voie Lactée

Elle est jeune et bleue et fuit la Voie Lactée à toute allure. Mieux : elle serait la prelière étoile jamais repérée dans notre galaxie à venir tout droit d'une autre galaxie. Cela à cause d'un trou noir supermassif.

C'est une jeune étoile, chaude et bleue, huit fois plus massive que notre Soleil. Une étoile comme il en existe des milliards dans notre Voie Lactée. Sauf qu'elle va vite. Très vite même. Si vite qu'elle semble s'enfuir littéralement de notre galaxie, pour plonger dans les profondeurs de l'espace intergalactique, à 723 km/s, soit 2,5 millions de km/h ! Quelle mouche l'a piquée ? C'est ce que se demandaient les astronomes depuis sa découverte, en 2005. Et voilà qu'Alceste Bonamos et Mercedes Lopez-Morales, deux astrophysiciennes de l'université de Carnegie, aux USA, affirment avoir reconstitué son histoire.

HE 0437-5439, de son nom scientifique, aurait acquis son incroyable vélocité au détour d'un trou noir supermassif : au départ associée à une autre étoile, elle aurait vu sa compagne se faire happer par le monstre, ce qui, par effet de fronde, l'aurait elle-même propulsée à toute vitesse dans l'espace. Certes, elle ne serait pas la première à avoir connu ce genre de mésaventure. En effet, neuf autres étoiles dites "hypervéloces" (HVS, pour Hyper Velocity Stars) ont d'ores et déjà été découvertes. Toutes ayant visiblement été éjectées par le trou noir supermassif qui siège au centre de la Voie lactée, après l'avoir frôlé d'un peu trop près. Mais voilà, ce ne serait pas le cas de notre petite étoile bleue : elle ne viendrait pas du centre de notre galaxie ! D'après les chercheuses pennsylvaniennes, elle serait née dans le Grand Nuage de Magellan, l'une des galaxies naines qui jouxtent la Voie lactée. C'est là qu'elle et sa compagne auraient croisé un trou noir qui allait changer leur destin. Autrement dit, elle serait la première étoile jamais découverte dans notre galaxie venant tout droit... d'une autre galaxie !

LA CHASSE AUX ÉTOILES HYPERVÉLOCES EST LANCÉE : En 1988, le théoricien Jack Hills, du laboratoire de Los Alamos (Nouveau-Mexique), fait un calcul surprenant : si un système binaire (deux étoiles tournant l'une autour de l'autre) s'approchait d'un trou noir supermassif, celui-ci capterait l'une des étoiles, en éjectant la seconde hors de la galaxie à une vitesse vertigineuse : jusqu'à 4000 km/s ! Pour autant, l'existence des HVS (Hyper Velocity Stars), ces étoiles hyperrapides, restera purement théorique... jusqu'en 2005, où l'astronome Warren Brown observe par hasard une première HVS. La même année, deux autres HVS sont découvertes par d'autres astronomes, de manière tout aussi accidentelle. Il n'en faut pas plus à Warren Brown pour déclarer officiellement ouverte la chasse aux HVS. Il rassemble une équipe d'astronomes, et établit une liste d'étoiles dont il faudra mesurer la vitesse. Les candidates sont sélectionnées selon plusieurs critères : leur position, leur âge apparent. Mais surtout, elles doivent être de type B, c'est-à-dire chaudes et bleues, car les étoiles qui gravitent autour du trou noir super massif siégeant au centre de la Voie lactée appartiennent majoritairement à cette catégorie. L'équipe trouve ainsi sept nouvelles HVS. "Nous connaissons à l'heure actuelle dix de ces étoiles, alors que l'on doutait encore de leur existence il n'y a même pas 3 ans", se félicite Warren Brown. La traque continue. L'équipe en aurait même récemment trouvé deux supplémentaires.

LES 10 ÉTOILES LES PLUS RAPIDES
Nom de l'Étoile
Vitesse d'éloignement par rapport au Soleil (km/s)
Distance au Soleil (en milliers d'années-lumière)
Masse (en masse solaire)
Constellation
SDSS J0907 44. 99+024506. 9
840
349
3
Hydre
HE 0437-5439
723
199
8
Dorade
US 708
708
62
0,5
Grande Ourse
SDSS J102137.08-005234.8
628
212
3
sextant
SDSS J110557.45+093439.5
626
248
3
Lion
SDSS 1091301.01+305119.8
611
248
4
Cancer
SDSS J091759.48+672238.3
551
130
3
Grande Ourse
SDSS J113312.12+010824.9
534
179
4
Lion
SDSS J094214.04+200322.1
511
157
3
Lion
SDSS J120337.85+ 180250.4
478
281
3
Chevelure de Bérénice

UN "PARADOXE DE JEUNESSE" : Comment les deux chercheuses américaines sont-elles parvenues à cette étonnante conclusion ? À cause de l'âge "apparent" de HE 0437-5439 : en confrontant son spectre lumineux aux modèles d'évolution stellaire, il est apparu qu'elle aurait environ 25 millions d'années. Or, le temps qu'il lui aurait fallu pour aller du trou noir qui occupe le centre de la Voie lactée à sa position actuelle, même en allant à 2,5 millions de kilomètres par heure, est au moins de... 100 millions d'années. Dès lors, il n'existe que deux solutions : soit HE 0437-5439 fait beaucoup plus jeune que son âge réel ; soit elle ne provient pas du centre galactique. Depuis trois ans, les astronomes étaient face à ce "paradoxe de jeunesse". "Grâce à nos deux collègues, on sait désormais que la deuxième solution est la plus plausible !", applaudit Ralf Napiwotzki, de l'université de Hertfordshire (Royaume-Uni), l'un des découvreurs de cette étoile en 2005.
Cette année-là, en effet, Ralf Napiwotzki cartographiait le halo galactique, cette gigantesque sphère qui, englobant la Voie lactée, délimite ses frontières. Quand il remarqua un astre anormalement jeune. Habituellement, seules de très vieilles étoiles peuplent le halo, car il n'est absolument pas propice à leur naissance. L'origine de cette curieuse étoile, baptisée dans la foulée HE 0437-5439, était donc à chercher ailleurs. "D'autant que son analyse, par effet Doppler, indiquait qu'elle s'éloignait de nous à une vitesse faramineuse ! Tout semblait donc la caractériser comme une HVS, dont les deux premiers spécimens venaient juste d'être observés." Ces étoiles hyperrapides, dont l'existence a été prédite à la fin des années 1980 par le théoricien Jack Hills, sont issues de systèmes binaires, c'est-à-dire deux étoiles qui tournent l'une autour de l'autre. À l'approche d'un trou noir de plusieurs millions de masses solaires, les forces gravitationnelles de celui-ci, appelées "forces de marées", déchirent le lien entre les deux étoiles. La première est capturée, voire littéralement avalée par le trou noir ; la seconde, elle, voit son énergie cinétique se multiplier, à tel point qu'elle échappe à l'attraction non seulement du trou noir, mais de la galaxie toute entière ! Ainsi, si la fuyarde était entourée de planètes qu'elle aurait réussi à conserver après cet épisode mouvementé (très peu probable), ses habitants auraient d'abord eu une vue imprenable sur le centre galactique, où les nombreuses étoiles environnantes sont si proches qu'elles seraient restées visibles de jour comme de nuit. Après l'éjection, la vue aurait changé rapidement, les étoiles se faisant rares, jusqu'à ce que la Voie lactée elle-même se perde, au milieu d'un ciel noir d'encre...
"Pour s'assurer que notre étoile avait bien vécu ce drame cosmique par le passé, nous avons mesuré la vitesse de sa rotation sur elle-même, explique, Ralf Napiwotzki. Elle était relativement faible, ce qui accréditait l'idée qu'elle appartenait autrefois à un système binaire." Plus aucun doute : HE 0437-5439 était bien la troisième étoile hypervéloce jamais observée.
Restait à expliquer le fameux "paradoxe de "jeunesse". L'étoile serait-elle plus vieille qu'il n'y paraît ? Pourquoi pas. Car cette situation est fréquente dans l'Univers. Une étoile passe 90 % de sa vie à brûler l'hydrogène qui la compose et il arrive donc que certaines d'entre elles, en traversant un nuage de gaz, se régénèrent en hydrogène. L'apport de nouveau carburant les rend plus chaudes et plus bleues, signe de jeunesse chez les étoiles. C'est d'ailleurs pour cette raison qu'on les surnomme les "traînardes bleues" (blue stragglers).
Néanmoins, les deux astrophysiciennes Alceste Bonanos et Mercedes Lopez-Morales pensent aujourd'hui que HE 0437-5439 ne vient pas de la Voie lactée. D'abord parce qu'elle s'avère en réalité bien plus proche du Grand Nuage de Magellan : celui-ci est situé à 179 000 années-lumière de nous "et à seulement 60 000 années-lumière de notre HVS ! précise Alceste Bonanos. Mais pour obtenir confirmation, il nous fallait déterminer sa composition chimique, puis la comparer avec celle des étoiles du Grand Nuage de Magellan et de la Voie lactée". Pour cela, les chercheuses ont effectué l'analyse du spectre lumineux de l'étoile, afin de connaître sa métallicité, caractéristique de son lieu de naissance. Au cours de sa vie, en effet, une étoile massive passe par plusieurs étapes : elle commence par transformer son hydrogène en hélium, puis son hélium en carbone, azote, oxygène, et ainsi de suite, jusqu'au fer. Elle explose alors en supernova, créant des atomes encore plus lourds, puis meurt. C'est à partir de toute cette matière qu'une étoile de la génération suivante va se former. Or, le Grand Nuage de Magellan, en raison de sa petitesse, possède une proportion plus faible d'étoiles massives qu'une galaxie comme la nôtre. Il engendre donc moins de supemovae, et contient au final moins de métaux. Alceste Bonanos et Mercedes Lopez-Morales ont calculé la métallicité de HE 0437-5439 grâce à des données prises par des télescopes de l'Observatoire européen austral (ESO) basés au Chili : le VLT (Very Large Telescope) et le petit télescope Swope de 1 m de l'observatoire de Las Campanas. Verdict : l'étoile contient deux fois moins de métaux que celles du centre de la Voie lactée. Conclusion : elle provient bien du Grand Nuage de Magellan !

Mais alors cela prouverait, pour la première fois, l'existence d'un trou noir supermassif au cour de cette galaxie naine ! "Malheureusement, c'est impossible, regrette Mercedes Lopez. Contrairement à la Voie lactée, le Nuage de Magellan n'est pas organisé en spirale parfaite, forme généralement attribuée à la présence d'un trou noir central. Par ailleurs, un trou noir est source intense d'ondes radio et de rayons X. Or, on n' a jamais rien détecté de tel en provenance du nuage. "Difficile alors de confimler que notre étoile est issue de la galaxie naine. Sauf que deux autres théoriciens, Alessia Gualandris et Simon Portegies Zwart, de l'université d'Amsterdam, ont récemment montré qu'un trou noir intermédiaire (de seulement 1000 masses solaires) pourrait suffire à éjecter une étoile à grande vitesse. Et son existence serait cette fois envisageable dans le Grand Nuage de Magellan, notamment au cour de l'un de ses amas d'étoiles. "Nos calculs ont désigné huit amas. L'un d'eux abrite certainement le trou noir à l'origine de l'éjection de HE 0437-5439", affirment les deux chercheurs. Reste à déterminer lequel pour résoudre le mystère.

UN AUTRE SCÉNARIO POSSIBLE : Pourtant, une voix discordante s'élève depuis quelque temps parmi les astrophysiciens. Celle de Hagai Perets, de l'Institut Weizmann de Rehovot, en Israël. "Une origine de HE 0437-5439 dans le Grand Nuage de Magellan est hautement improbable", martèle-t-il. Explication : il estime avoir trouvé deux failles statistiques dans le raisonnement de Gualandris et Zwart. Tout d'abord, les huit amas ne sont âgés que de 20 millions d'années, soit juste le temps qu'aurait mis l'étoile pour rejoindre sa position actuelle. "Or, il y a très peu de chances que l'éjection ait lieu à peine les amas formés, tout simplement car l'intervalle de temps est bien trop court ! En outre, la proportion d'étoiles du gabarit de HE 0437-5439 y est très faible". Conclusion : le nuage aurait selon lui 10 000 fois moins de chances de propulser une étoile à hypergrande vitesse que la Voie lactée !
Du coup, Hagai Perets propose un autre scénario, plus spectaculaire encore que les autres : l'étoile serait, selon lui, une étoile binaire issue d'un système... triple ! "Lorsque le trio d'étoiles s'est approché du trou noir supermassif de la Voie lactée, celui-ci aurait capturé l'une des trois étoiles, en propulsant les deux autres, encore liées entre elles, à hypergrande vitesse. "Ces dernières ont pu alors s'échanger de la matière, jusqu'à fusionner en une seule qui, sur le principe des "traînardes bleues", semblerait beaucoup plus jeune dans les télescopes ! Il résout ainsi, à sa manière, le paradoxe de jeunesse. Qui a finalement raison ? Selon Alceste Bonanos, qui reste malgré tout fidèle à l'hypothèse du Grand Nuage de Magellan, "le seul moyen de trancher serait de mesurer la vitesse de déplacement de l'étoile dans les trois dimensions de l'espace. Cela nous fournirait très précisément sa provenance". À l'heure actuelle, les scientifiques ne connaissent effectivement que sa vitesse radiale, celle à laquelle elle s'éloigne de nous. Car la vitesse angulaire (latérale) d'une étoile aussi distante est très difficile à mesurer avec des télescopes terrestres. "Heureusement, un programme d'observation débutera en août 2008 avec le télescope spatial Hubble, se réjouit-elle. Il nous donnera les vitesses angulaires de 5 HVS, dont la nôtre !" D'ici là, l'étoile aura entraîné son secret des milliards de kilomètres plus loin, dans le vide intergalactique.

Benoit Rey - SCIENCE & VIE > Mai > 2008

Les Étoiles peuvent Errer dans leur Galaxie

La vie des étoiles ne s'écoule pas sur une longue orbite tranquille. Une équipe américaine a en effet prouvé qu'elles pouvaient abandonner leur lieu de naissance et partir à l'aventure dans leur galaxie.

"Notre soleil pourrait être né dans une région lointaine de la Voie lactée, et durant ses 4,5 milliards d'années de vie, avoir fait dix fois le tour de notre galaxie", assure Rok Roskar, qui a dirigé les recherches.

Ces vagabondages d'étoiles, les astrophysiciens les soupçonnent depuis longtemps. Mais l'équipe de Rok Roskar a procédé à une simulation cumulant 100.000 heures de calculs et étudié le mouvement des étoiles d'une galaxie semblable à notre voie lactée pendant 9 milliards d'années. Elle a ainsi mis en évidence l'influence des bras spiraux dans ce joyeux manège.

M.F. - SCIENCE & VIE > Novembre > 2008

Fugue d'Étoile

Située a une distance de 56 années-lumiére de nous, l'étoile Iota Horologii voyage à l'intérieur de notre galaxie dans la même direction qu'un ensemble d'étoiles composant l'amas des Hyades.

Ce n'est pas par hasard : l'analyse de la composition chimique et de l'âge de l'étoile a montré qu'en réalité elle était née au milieu des Hyades. D'humeur fugueuse, Iota Horologii s'en est ensuite éloignée de quelque 130 années-lumière.

SCIENCE ET AVENIR > Juin > 2008

Une Étoile aussi Vieille que l'Univers dans notre Galaxie

Une étoile presque aussi vieille que l'Univers a été découverte dans notre galaxie.

HE 1523-0901 est âgée de 13,2 milliards d'années, et serait apparue de 300 à 800 millions d'années seulement après le big bang.

SCIENCE & VIE > Juillet > 2007
 

   
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