Comment une étoile binaire « invisible » a-t-elle pourtant été détectée ?

Les caractéristiques de deux étoiles ont pu être étudiées alors que ces astres sont « invisibles ». Des scientifiques expliquent comment ils y sont parvenus dans une étude, publiée le 21 janvier 2020 au sein de la revue Astronomy & Astrophysics et repérée par ScienceAlert.

Ces deux astres sont les composantes d’une étoile binaire, identifiée sous le nom « 2MASS19400112+3007533 ». En 2016, cette source invisible s’est faite remarquer à cause d’un événement, nommé « Gaia16aye » : la luminosité d’une étoile encore plus lointaine ne cessait de varier. Ces changements expliqués par la présence de l’étoile binaire, à la luminosité si faible qu’elle n’est pas détectable. Les auteurs ont voulu connaître ses caractéristiques.

« Mesurer les masses d’étoiles ou de vestiges stellaires est l’une des tâches les plus difficiles de l’astronomie moderne », rappellent les auteurs de l’étude. Pour obtenir ces données lorsqu’on étude des étoiles binaires, il existe des techniques. Néanmoins, elles « nécessitent que les composants binaires émettent des quantités de lumière détectables ». Face à des objets invisibles, il faut trouver d’autres méthodes pour réussir à mesurer leur masse.

Qu’est-ce qu’une lentille gravitationnelle ?

C’est ici que le phénomène de la microlentille gravitationnelle s’avère bien utile pour les scientifiques. Or, c’est exactement ce que le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne a détecté en 2016, lors de l’événement Gaia 16aye. Ce phénomène peut donner l’impression qu’une source devient bien plus lumineuse. Il se produit lorsqu’un objet assez massif se trouve entre un objet lumineux et un observateur. Cet objet, qui peut être une étoile, un système planétaire, une galaxie ou un trou noir, joue le rôle de la lentille gravitationnelle. Sa présence provoque une courbure des rayons de lumière qui passent près de lui : c’est ainsi que l’on peut observer une hausse très forte puis une baisse de la luminosité de la source.

Un exemple de lentille gravitationnelle.

Source : Numerama

Il s’agissait précisément d’un phénomène de lentille gravitationnelle double, le premier cas détecté par Gaia. « La microlentille gravitationnelle permet de détecter et d’étudier des systèmes binaires, quelle que soit la quantité de lumière qu’ils émettent », écrivent les auteurs.

Deux ans d’observations, y compris par des amateurs

Grâce aux nombreuses observations de l’événement Gaia16aye (y compris par des amateurs) pendant deux années, les scientifiques ont pu estimer les caractéristiques de ce système binaire pourtant invisible. Le suivi de l’événement, qui a impliqué plus de 50 télescopes dans le monde, a montré l’évolution de la source : après être devenue de plus en plus lumineuse, sa luminosité a baissé en une seule journée. Les astronomes ont alors compris que c’était l’effet de la lentille gravitationnelle qui expliquait ce changement et qu’il devait y avoir un objet invisible.

Toutes ces données montrent que l’étoile invisible est bien un système stellaire composé de deux petites étoiles. Leur masse représente 0,57 et 0,38 fois celle du Soleil. Les deux astres sont séparés par environ 300 millions de kilomètres (deux fois la distance entre la Terre et le Soleil). Ils tournent autour d’un même centre, et en font le tour en un peu moins de 3 ans.

Grâce à cet exemple, les scientifiques concluent que le phénomène de lentille gravitationnelle pourrait être utilisé comme un outil pour étudier les caractéristiques de systèmes binaires, où la lentille serait un trou noir et une étoile à neutrons. Cela permettrait d’en apprendre davantage sur ces objets énigmatiques.