Blue straggler

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Amas globulaire NGC 6397, éloigné d'environ 6 000 années-lumière, vu par le télescope spatial Hubble[1], montrant un grand nombre de blue stragglers.

En astrophysique, une blue straggler — qu'on peut traduire par « bleue tardive », « trainarde bleue[2] » ou « lanterne bleue » — est une étoile de la séquence principale d'un amas ouvert ou globulaire à la fois plus lumineuse et plus bleue que celles du point où les étoiles de l'amas quittent la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell, lequel trace la luminosité des étoiles en fonction de leur température effective. Les blue stragglers ont été découvertes en 1953 par Allan Sandage à la faveur de mesures photométriques dans l'amas globulaire M3[3], dans la constellation des Chiens de chasse.

Difficulté théorique[modifier | modifier le code]

Les théories standard de l'évolution des étoiles considèrent que la position d'une étoile sur le diagramme de Hertzsprung-Russell (diagramme HR) est déterminée avant tout par l'âge et la masse initiale de l'étoile. Dans un amas stellaire, les étoiles se forment à peu près toutes en même temps, de sorte que la position sur le diagramme HR des étoiles d'un amas donné ne devrait dépendre que de leur masse initiale, ce qui correspond à une courbe précise du diagramme HR. Cependant, avec une masse deux à trois fois supérieure à celle des autres étoiles de la séquence principale, les blue stragglers semblent faire exception à cette règle. La résolution de cette difficulté est très certainement à rechercher dans les interactions entre étoiles dans les régions denses des amas stellaires où ce type d'étoiles se rencontre.

Modes de formation[modifier | modifier le code]

Plusieurs explications ont été avancées pour rendre compte de l'existence des blue stragglers. La plus simple est qu'elles se seraient formées plus tard que les autres étoiles de l'étoile, mais les éléments appuyant cette idée sont minces[4]. Une autre explication simple est que ces étoiles seraient étrangères à ces amas stellaires, soit parce qu'elles n'y sont pas physiquement liées, situées dans le champ mais sur un plan différent de celui de ces amas, soit parce qu'elles y ont été capturées de l'extérieur ; ceci semble cependant également peu probable, étant donné que ces étoiles sont observées préférentiellement dans les régions les plus centrales des amas stellaires qui les abritent, rendant au contraire quasi certaine leur intégration physique de longue date à ces systèmes.

Interactions stellaires[modifier | modifier le code]

Amas globulaire NGC 6752, contenant un grand nombre de blue stragglers[5].

Une autre théorie repose sur le fait que les blue stragglers résulteraient de la collision de deux étoiles ou d'astres de masse stellaire[6]. En fait, les deux explications les plus satisfaisantes avancées pour rendre compte de l'existence des blue stragglers impliquent l'interaction de deux corps appartenant à un amas stellaire.

Collisions[modifier | modifier le code]

L'une de ces explications est que ces étoiles sont ou ont été des étoiles binaires en cours de fusion ou ayant fusionné. La fusion de deux étoiles donnerait naissance à une étoile unique plus massive, éventuellement plus massive que les étoiles quittant la séquence principale du diagramme HR dans l'amas considéré. Ainsi, une étoile de masse équivalente qui se serait formée en même temps que l'amas serait sortie de la séquence principale, mais la fusion de deux corps plus petits générant une nouvelle étoile de cette masse au sein de l'amas continuerait à briller dans la séquence principale, donnant une étoile bleue massive qui semble évoluer plus lentement que les autres. Ce scénario semble confirmé par le fait que les blue stragglers semblent être bien plus nombreuses dans les régions les plus denses des amas, là où les collisions et les interactions entre étoiles sont a priori les plus probables. Les simulations numériques sont par ailleurs cohérentes avec le nombre de blue stragglers effectivement observé[6].

Une façon de valider cette hypothèse est d'étudier les pulsations de blue stragglers variables. Les propriétés astrosismologiques d'étoiles résultant d'une fusion devraient être sensiblement différentes de celles d'étoiles variables typiques de masse et de luminosité comparables. Cependant, la mesure des pulsations de ce genre d'étoiles est très délicate en raison de l'extrême rareté des blue stragglers, de l'amplitude photométrique très faible de leurs pulsations et de la grande densité d'étoiles dans le champ où elles se trouvent. Cependant, certaines blue stragglers observées sont animées d'un mouvement de rotation très rapide, l'une d'entre elles, observées dans l'amas 47 Tucanae, tournant 75 fois plus vite que le Soleil, ce qui est conforme à ce qu'on attend d'une étoile formée par la collision de deux astres distincts[7].

Transfert de matière[modifier | modifier le code]

L'autre explication fait intervenir des transferts de matière entre deux étoiles d'un système stellaire multiple. L'étoile la plus massive évolue plus vite et atteint le stade de géante la première, débordant de son lobe de Roche et transférant par conséquent de la matière à son compagnon. Ce processus est assez rapide et rendrait également compte du fait que les blue stragglers se rencontrent préférentiellement dans les régions denses des amas stellaires. Certaines blue stragglers ont révélé une photosphère appauvrie en carbone et en oxygène, ce qui est en accord avec l'hypothèse d'une accrétion à partir des couches internes d'un compagnon.

D'une manière générale, l'observation corrobore aussi bien l'hypothèse d'une formation par collision que l'hypothèse d'une formation par transfert de matière entre compagnons d'étoiles binaires[8]. Dans l'amas globulaire M3, les deux mécanismes semblent à l'œuvre, les collisions survenant préférentiellement au cœur de l'amas tandis que les transferts de matières auraient lieu préférentiellement à la périphérie de ces amas[9]. La découverte de naines blanches de faible masse autour de deux blue stragglers observées par le télescope spatial Kepler suggère que ces deux étoiles ont acquis de la masse par transfert[10].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Too Close for Comfort, HubbleSite, 7 août 2003.
  2. Robert Nemiroff & Jerry Bonnell (traducteur : Laurent Laveder), « Les curiosités de l'amas d'étoiles NGC 6397 », sur http://www.cidehom.com, Astronomy Picture of the Day (traduction : Ciel des Hommes),‎ 20 février 2002
  3. (en) Allan R. Sandage, « The color-magnitude diagram for the globular cluster M 3 », Astronomical Journal, vol. 58, no 1207,‎ avril 1953, p. 61-75 (lire en ligne) DOI:10.1086/106822
  4. (en) NASA's Hubble Space Telescope Finds "Blue Straggler" Stars in the Core of a Globular Cluster, HubbleSite, 24 juillet 1991.
  5. (en) Young stars at home in an ancient cluster, SpaceTelescope.org, 30 janvier 2012.
  6. a et b (en) Peter J. T. Leonard, « Stellar collisions in globular clusters and the blue straggler problem », Astronomical Journal, vol. 98, no 1,‎ juillet 1989, p. 217-226 (lire en ligne) DOI:10.1086/115138
  7. (en) Hubble Catches Up with a Blue Straggler Star, HubbleSite, 29 octobre 1997.
  8. (en) Blue Stragglers Can Be Either Vampires or Stellar Bad-Boys, Universe Today, 23 décembre 2009.
  9. (en) M. Mapelli, S. Sigurdsson, F. R. Ferraro, M. Colpi, A. Possenti et B. Lanzoni, « The radial distribution of blue straggler stars and the nature of their progenitors », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 373, no 1,‎ novembre 2006, p. 361-368 (lire en ligne) DOI:10.1111/j.1365-2966.2006.11038.x
  10. (en) R. Di Stefano, « TRANSITS AND LENSING BY COMPACT OBJECTS IN THE KEPLER FIELD: DISRUPTED STARS ORBITING BLUE STRAGGLERS », Astronomical Journal, vol. 141, no 5,‎ mai 2011, p. 142 (lire en ligne) DOI:10.1088/0004-6256/141/5/142