a connu des changements inhabituels de luminosité au cours des dernières années. NASA / JPL-Caltech
La science de la chasse aux planètes a véritablement pris son envol au 21e siècle, avec la méthode des transits en tête. Lorsqu’une planète passe devant son étoile mère, par rapport à notre ligne de visée, une partie de la lumière de l’étoile disparaît pendant un court instant. Ces transits sont une méthode prolifique pour les chasseurs d’exoplanètes qui cherchent des mondes autour d’autres étoiles. A ce jour, nous connaissons des milliers d’étoiles avec des mondes autour d’elles, et la plupart d’entre elles ont été découvertes par transit.
Lorsque vous concevez une mission optimisée pour rechercher des planètes, vous vous attendez à ce que la technique découvre quelques bizarreries. Mais rien ne préparait les astronomes à l’énergumène qu’est l’étoile de Tabby, dont le flux diminue énormément, sans qu’aucun signal ne se répète régulièrement. Après des années de spéculations impliquant des scénarios allant des tempêtes de comètes aux mégastructures extraterrestres, les scientifiques ont enfin résolu le mystère. La poussière, d’une manière entièrement nouvelle, semble être le coupable.
de l’étoile de Tabby : KIC 8462852. Ils ne montrent aucune preuve d’un grand nombre d’explications naturelles pour les creux de flux observés. Infrarouge : IPAC/NASA (2MASS), à gauche ; Ultraviolet : STScI (GALEX), à droite
La mission Kepler de la NASA a changé la donne, en surveillant plus de 100 000 étoiles sur une période de plusieurs années. Parmi les centaines de milliers d’étoiles que la sonde Kepler de la NASA a observées, l’une d’entre elles se distingue comme étant la plus inhabituelle. KIC 8462852 – connue sous le nom de Tabby’s/Boyajian’s star (du nom de Tabetha Boyajian, qui a découvert son comportement intéressant) ou de WTF ? (pour where’s the flux ?) – possède une combinaison de propriétés qui la rendent tout à fait unique. Tout à la fois, elle :
- exprime d’énormes baisses de son flux, jusqu’à 22% (alors que la plupart des planètes provoquent des baisses de <1%),
- s’éteint lentement sur des échelles de temps de plusieurs décennies avec des événements occasionnels d’éclaircissement (ce qu’aucune autre étoile similaire n’est connue),
- où la luminosité globale fluctue autour des creux (plutôt que la diminution et l’augmentation lisses observées pour les planètes),
- mais sans émission infrarouge (que toutes les autres étoiles avec de grands creux de flux possèdent).
Cela a créé un énorme puzzle.
imagé, mais l’imageur infrarouge de pointe conçu pour les images de disques d’exoplanètes est SPHERE, qui obtient régulièrement des résolutions de ~10″, soit moins de 0,003 degré par pixel. KIC 8462852 ne présente pas ces propriétés ni cette émission infrarouge. Collaboration SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) / Arthur Vigan
Il ne pourrait pas s’agir de planètes, car aucune planète n’est assez grande pour bloquer autant de lumière de son étoile. Même si vous envisagez une planète avec un énorme système annulaire, comme une super-Saturne, ces creux de flux seraient à la fois périodiques et présenteraient un modèle lisse avec un plateau. Cela contredit les données disponibles.
tournant autour de la jeune planète géante ou naine brune J1407b. Les mondes dotés de systèmes annulaires extraordinaires pourraient produire de grands creux de flux, mais ces creux seraient périodiques et contiendraient une composante de type planète, ce qui n’est pas observé. Ron Miller
Il pourrait s’agir d’une étoile très jeune, avec des planétésimaux, un disque proto-planétaire, et un environnement extrêmement poussiéreux. Nous avons vu des étoiles avec de grands creux de flux autour d’elles, et elles sont toutes tombées dans cette catégorie.
Mais l’étoile de Boyajian est beaucoup trop vieille pour avoir un disque protoplanétaire : plusieurs centaines de millions d’années trop vieilles. Elle ne présente pas non plus, et c’est le plus important, l’émission de flux infrarouge qu’une étoile avec un disque protoplanétaire devrait avoir. C’est pourquoi l’étoile a été initialement nommée « WTF ? (pour where’s the flux ?).
un disque protoplanétaire. Il y a beaucoup de propriétés inconnues sur les disques protoplanétaires autour des étoiles semblables au Soleil, mais ils présentent tous un rayonnement infrarouge. L’étoile de Tabby n’en a pas. ESO/L. Calçada
Il pourrait s’agir d’une série d’événements cométaires, où ils émettent de grandes quantités de poussières projetées lors de leur chute sur la partie interne du système solaire en question. Cela pourrait, comme cela a été montré relativement récemment, expliquer les creux de flux à court terme qui ont été observés.
près du nôtre, appelé Eta Corvi. Le scénario de la comète est une des explications de l’assombrissement autour de l’étoile de Tabby, une explication qu’un spectre astronomique de haute qualité a maintenant exclue. NASA / JPL-Caltech
Mais il y a un autre phénomène que cette solution proposée ne peut pas rendre compte : l’atténuation à long terme de l’étoile. Cette étoile n’est pas appelée « étoile de Tabby » ou « étoile de Boyajian » parce qu’elle a été découverte par cette scientifique particulière ; seulement parce qu’elle a dirigé l’enquête scientifique concernant ce nouveau comportement intéressant et important.
Mais cette étoile est connue depuis plus d’un siècle, et les observations indiquent un affaiblissement à long terme, que ce modèle ne peut pas prendre en compte. La poussière cométaire est soufflée sur des échelles de temps de quelques mois ; il faudrait un bombardement quasi-continu de comètes pour maintenir un flux réduit sur une échelle de temps de plus d’un siècle. De nombreuses comètes sur une orbite similaire seraient nécessaires, ce que nous ne savons pas comment obtenir.
avec deux autres étoiles dont le flux n’a pas changé. Bradley E. Schaefer, via http://arxiv.org/abs/1601.03256
Alors, quelles étaient les explications possibles qui restaient ? Une idée populaire avancée était celle des mégastructures extraterrestres : qu’une civilisation très en avance sur l’humanité, technologiquement, construisait un appareil qui bloquait périodiquement (ou apériodiquement) un grand pourcentage de la lumière de l’étoile. Au fur et à mesure que la structure devenait plus complète, la quantité de lumière bloquée augmentait. Au cours du siècle dernier, le fait que la lumière de cette étoile ait diminué d’une telle quantité significative pourrait s’expliquer par une avancée dans le degré d’achèvement de la structure.
C’est une idée convaincante, bien que sortant des sentiers battus.
mégastructure qui n’est pas encore complète, et qui pourrait potentiellement être détectable par la sonde spatiale Gaia. Cependant, ce n’est pas ce qui se passe autour de KIC 8462852. Les preuves spectrales l’excluent. Kevin McGill / flickr
Mais grâce à une myriade d’observations de suivi, nous savons que c’est faux. La raison ? Un objet comme une mégastructure extraterrestre serait complètement opaque à la lumière : elle ne pourrait pas le traverser. C’est également vrai pour des choses comme les planètes, les lunes ou tout autre objet « solide » que vous pouvez imaginer.
D’après plus de 19000 images prises au cours des trois dernières années, dans quatre bandes de longueurs d’onde différentes, de la lumière bleue jusqu’à la lumière infrarouge, nous avons appris que la lumière bleue est préférentiellement bloquée dans tous les événements d’obscurcissement : des baisses de flux à court terme à l’extinction à long terme de l’étoile. Il existe une chose connue qui peut bloquer la lumière bleue alors que la lumière rouge est préférentiellement transmise : les particules de poussière qui atteignent au moins une certaine taille minimale.
globule de Bok riche en poussière, Barnard 68. La lumière infrarouge est loin d’être aussi bloquée, car les grains de poussière de petite taille sont trop peu nombreux pour interagir avec la lumière à grande longueur d’onde. ESO
Il doit donc s’agir de poussière. Ce qui cause les creux de flux, ainsi que ce qui cause l’évanouissement à long terme, doivent tous deux avoir une origine poussiéreuse. Les creux de Kepler et l' »obscurcissement séculaire » sont causés par le même phénomène. Selon le nouvel article lui-même :
Cette extinction chromatique implique des tailles de particules de poussière allant jusqu’à ~0,1 micron, ce qui suggère que cette poussière sera rapidement soufflée par la pression de radiation stellaire, donc les nuages de poussière doivent s’être formés en quelques mois. Les observations infrarouges modernes ont été prises à un moment où il y avait au moins 12,4 % ± 1,3 % de couverture de poussière (dans le cadre de l’atténuation séculaire), et cela est cohérent avec l’atténuation provenant de la poussière circumstellaire.
C’est là que les preuves pointent : vers la poussière. Mais cela reste un peu mystérieux.
une étoile, superposée à des données récentes de Tabetha Boyajian (2018, via Twitter) montrant des creux de flux récents. La poussière ne pourrait pas être à la surface de l’étoile, comme illustré ici. KIC 8462852, une étoile de classe F, est trop chaude pour que cela soit plausible. T. Boyajian / Twitter
Après tout, l’étoile de Boyajian est une combinaison de choses que l’on ne s’attendrait pas à trouver ensemble.
- C’est cohérent avec le fait d’avoir une grande quantité de poussière circumstellaire, ce qui indique normalement une étoile extrêmement jeune encore en formation.
- L’étoile elle-même est plus brillante, plus chaude et plus massive que le Soleil : elle émet plus de quatre fois la quantité de lumière de notre Soleil.
- L’étoile est vieille : des centaines de millions d’années, brûlant de manière stable sur la séquence principale selon tous les témoignages.
En d’autres termes, la poussière que nous voyons ne devrait durer que quelques mois étant donné les propriétés de l’étoile elle-même. Il doit y avoir un moyen pour l’étoile de reconstituer sa poussière. Pour autant que nous le sachions, il y a deux possibilités qui ont du sens : soit il y a un anneau de poussière externe qui contient des nuages de poussière denses ou des événements de bombardement infaillibles, soit il y a quelque chose d’externe à l’étoile qui conduit à ce blocage de la lumière de l’étoile.
des débris de poussière devraient exister autour de cette étoile. Si c’est le cas, il est incroyablement fortuit que l’avion soit si parfaitement aligné avec notre ligne de visée, une occurrence remarquable et improbable si elle est vraie. Même si les chances sont aussi grandes que 1%, ce serait une énigme que nous n’ayons pas vu d’autres étoiles similaires (les 99%) sans un tel alignement. NASA / JPL-Caltech
La baisse de luminosité observée depuis 1890 semble se poursuivre à travers les données actuelles de 2018, mais elle n’est pas régulière. De plus, il y a des creux de longue période qui durent des mois, et des creux plus courts d’une journée ou moins qui se superposent à ceux-ci. C’est sans aucun doute dû aux particules de poussière, d’une taille pouvant atteindre 100 nanomètres. Le rapport entre la façon dont la lumière s’atténue dans différentes longueurs d’onde/couleurs le démontre et exclut les autres hypothèses.
Mais d’où vient cette poussière ? Pour mieux cerner la question, les scientifiques concernés ont calculé la quantité de poussière nécessaire pour expliquer les événements d’atténuation et d’abaissement de la lumière survenus au cours des 100 dernières années. Pour ce qui est simplement dans le plan de transit défini par notre seul point de vue, nous devons avoir une quantité de poussière égale à environ la masse de la Lune.
considéré pour expliquer l’étoile de Tabby. Au lieu de cela, une série d’objets de type comète à longue période avec des halos de poussière massifs pourrait causer ces baisses de flux temporaires et transitoires, mais une très grande quantité de masse, qui n’est pas sous la forme d’objets opaques, doit exister pour le faire. NASA/JPL-Caltech
Mais il pourrait y avoir beaucoup plus. Des chercheurs précédents ont également suggéré qu’il pourrait y avoir une grande quantité de poussière interstellaire plus lointaine, ce que les données confirment.
Cela pourrait soit remplacer, soit s’ajouter à la présence de la poussière circumstellaire. En ce qui concerne un disque de matière autour de l’étoile, le disque est un strict minimum. Il pourrait y avoir une grande quantité de poussière qui n’est pas seulement dans le plan que nous observons, mais aussi en dehors de celui-ci : dans un halo peut-être. Nous ne le savons tout simplement pas, mais nous savons que si elle existe, elle ne peut pas être assez proche pour émettre un rayonnement infrarouge. Les comètes, elles aussi, devraient créer un rayonnement infrarouge ; le télescope spatial James Webb devrait pouvoir dire, lorsque les creux de flux se produisent, si l’hypothèse de la comète est à l’intérieur ou à l’extérieur.
ou les planètes qui gravitent autour d’elle à proximité émettraient un rayonnement infrarouge, là où on n’en voit aucun. S’il y a un anneau (ou halo) de poussière plus loin, cependant, cela pourrait expliquer ces observations. ESA, NASA, et L. Calcada (ESO pour STScI)
Et enfin, une curieuse explication candidate a été proposée : cette poussière pourrait être le résultat d’un cas d’indigestion stellaire.
Si une planète géante gazeuse – disons de la taille d’Uranus – était dévorée par cette étoile, elle pourrait être le coupable. L’inspiration d’une planète ou d’une série de corps planétaires il y a longtemps, peut-être des siècles ou même plusieurs millénaires, pourrait avoir provoqué un éclaircissement temporaire, à partir duquel l’étoile revient maintenant à son état initial et stable. Les baisses de flux que nous observons pourraient donc être dues à des débris planétaires provenant d’une perturbation antérieure, ou à l’évaporation et au dégazage de corps plus petits.
Jupiter est si proche de son hôte que son atmosphère est évacuée dans l’espace. Si une géante gazeuse a récemment été avalée par KIC 8462852, elle pourrait potentiellement » éructer » des particules de poussière qui pourraient être à l’origine de l’assombrissement observé. NASA / GSFC
Quoi que soit le mécanisme en question, nous pouvons être certains d’une conclusion : la raison de l’assombrissement de l’étoile de Boyajian est due à la poussière. Il s’agit d’une poussière normale et particulaire, contenant des particules d’une taille allant jusqu’à environ 100 nanomètres, soit moins que la longueur d’onde de la lumière visible. Ces mêmes poussières qui provoquent des chutes de température de courte durée (un jour ou moins) sont également à l’origine de chutes de température qui durent plusieurs mois, ainsi que du déclin qui dure depuis plus d’un siècle. Tout cela est dû à une simple poussière normale.
La grande question ouverte qui reste maintenant est de savoir d’où vient cette poussière ? Ce n’est pas parce que l’étoile est jeune ou encore en formation, et il y a des contraintes incroyables sur l’étoile ayant un compagnon invisible. Tout ne peut pas provenir de la poussière interstellaire. Une planète a-t-elle été dévorée ? Y a-t-il quelque chose d’encore plus inhabituel qui se prépare ? La seule façon de le savoir sera d’approfondir – et d’améliorer – la science sur cet objet. Mais une chose est sûre : même si des mégastructures extraterrestres existent quelque part, elles ne sont pas ici.