Une recherche étudie la vie turbulente des étoiles massives
Nous ne comprenons pas encore entièrement l’évolution des étoiles massives, depuis leur formation jusqu’à leur disparition spectaculaire dans des explosions de supernova. Le processus est déterminé par plusieurs facteurs clés, ce qui complique scientifiquement la prévision précise de leur cycle. Sa masse initiale, sa vitesse de rotation, sa composition chimique et les processus de mélange interne sont autant de paramètres critiques qui déterminent l’évolution d’une étoile massive. La perte de masse induite par les vents stellaires et les éruptions massives est l’une des influences les plus déterminantes. Tous ces facteurs ne sont pas statiques, ils varient considérablement à mesure que l’étoile évolue à travers les différentes étapes de sa vie. Comprendre ces changements est essentiel pour prévoir avec précision le destin ultime d’une étoile supergéante, qu’elle s’effondre en trou noir ou devienne une étoile à neutrons.
Les états et interactions complexes des étoiles massives
Avec le soutien du programme Actions Marie Sklodowska-Curie (MSCA), le projet POEMS a étudié les vents et la perte de masse des étoiles massives, en particulier au cours d’états évolutifs extrêmes. Ces états sont souvent liés à des supergéantes et hypergéantes lumineuses (des étoiles massives qui subissent de brèves phases de transition). Au cours de ces phases, les étoiles manifestent de violents événements d’éjection de masse sur de courtes périodes. Les mécanismes exacts à l’origine de ces éruptions échappent toutefois à notre compréhension. «Notre objectif principal était de mieux comprendre ces soudaines phases d’éjection de masse et de quantifier le volume de matière expulsée», explique Michaela Kraus, coordinatrice du projet. Les chercheurs ont également analysé la composition chimique et la structure physique de la matière éjectée. «Cela nous a permis de comprendre comment cette matière éjectée interagit avec le milieu interstellaire environnant, car elle influence considérablement l’évolution dynamique et chimique des galaxies qui hébergent ces étoiles», explique Michaela Kraus. POEMS s’est également penché sur rôle de la multiplicité stellaire, et plus particulièrement sur la manière dont les interactions au sein des systèmes d’étoiles binaires ou des fusions d’étoiles contribuent à ces phases extrêmes des étoiles massives.
De nouveaux modèles de vents, de structures et d’instabilités stellaires
«Un des principaux développement à consisté à créer de nouveaux modèles hydrodynamiques pour simuler les vents stellaires et la formation de structures circumstellaires telles que les arcs, les anneaux, les coquilles et les disques. Ces modèles ont révélé de nouvelles prescriptions de perte de masse», précise Michaela Kraus. Le développement de codes de transfert radiatif innovants pour analyser les émissions d’éléments dans les environnements circumstellaires, notamment le gaz atomique, le gaz moléculaire et la poussière a également constitué une contribution importante. Ces outils ont facilité la modélisation d’émissions de différentes structures telles que les coquilles sphériques et les disques circumstellaires. «Nous avons également étudié les instabilités de pulsation, qui sont à l’origine d’éruptions massives et soudaines. Les résultats de cette recherche nous ont permis d’établir une corrélation entre les caractéristiques observées des étoiles extrêmement massives, telles que leur variabilité lumineuse quasi-périodique et leur comportement éruptif, et les prévisions théoriques», souligne Michaela Kraus.
De précieuses informations tirées de données d’observation
POEMS a recueilli un énorme volume de données provenant d’observatoires terrestres renommés tels que l’ESO et GEMINI, et de télescopes spatiaux tels que TESS et GAIA. Ces données d’observation ont révélé de précieux détails relatifs aux étoiles massives: leurs vents, leur comportement de pulsation et les environnements qui les entourent à petite et grande échelle. «Cette recherche a révélé de nombreux éjectas et nébuleuses jusqu’alors inconnus, ainsi que de nombreux événements de perte de masse précédant les explosions de supernova. Ces découvertes nous ont incités à réévaluer les derniers stades de l’évolution des étoiles massives», souligne Michaela Kraus. «Nous comprenons désormais mieux les instabilités qui affectent les supergéantes et hypergéantes massives, et par conséquent les raisons pour lesquelles elles entrent en éruption de manière aussi violente et les forces qui façonnent la matière qu’elles éjectent. Nos travaux ont également consisté à observer les conditions physiques des environnements aux alentours de nombreuses étoiles massives évoluées dans les galaxies du groupe local, un ensemble de plus de 80 galaxies, dont la Voie lactée», conclut Michaela Kraus.
Mots‑clés
POEMS, étoiles massives, perte de masse, vent stellaire, éruption massive, éjection de masse
