Des chercheurs de la KU Leuven (Katholieke Universiteit Leuven) et des chercheurs du département d’astrophysique du CEA ont, pour la première fois, observé directement une étoile orbitant très près autour d’une étoile géante en fin de vie. Cette découverte apporte la première preuve concluante que de tels compagnons existent bel et bien et qu’ils décrivent une orbite parfaitement circulaire autour de leur étoile hôte. L’Irfu a notamment participé via le développement de modèles physiques cohérents des flots de marées dans les étoiles évoluées et de leur dissipation. Cette dissipation d’énergie est clé car elle permet l’évolution de l’orbite des compagnons. Les résultats, publiés dans Nature Astronomy, offrent un nouvel éclairage sur les dernières phases de la vie des étoiles et sur la manière dont ces étoiles évoluées perdent leur masse.
À la fin de leur cycle de vie, des étoiles comme notre Soleil se transforment en géantes rouges pulsantes qui expulsent d’énormes quantités de gaz et de poussière. Ce faisant, elles contribuent à la création et à la dispersion de nouveaux éléments chimiques dans l’Univers, devenant ainsi le moteur du « cycle cosmique ». Cette étape finale de l’évolution stellaire reste encore partiellement comprise. Une question essentielle demeure : comment une étoile compagnon proche influence-t-elle la perte de masse et l’évolution de la géante ? Cachés par un environnement dense et poussiéreux, ces compagnons ont longtemps échappé à la détection. Grâce à de nouvelles observations, les scientifiques ont maintenant découvert l’un de ces compagnons et révélé la manière dont il se déplace autour de l’étoile géante.
L’étude porte sur π¹ Gruis, une étoile géante vieillissante plus de 7 000 fois plus lumineuse que notre Soleil. Cette étoile éjecte de grandes quantités de gaz et de poussière dans l’espace via un vent stellaire puissant. Des indices indirects suggéraient depuis longtemps la présence d’une étoile compagnon proche, mais celle-ci demeurait dissimulée par l’environnement poussiéreux et par la forte turbulence entourant la géante.
« Les étoiles géantes sont difficiles à observer. Leur environnement est tellement turbulent et poussiéreux que même les étoiles compagnons proches deviennent pratiquement invisibles », explique Mats Esseldeurs, doctorant en co-direction entre la KU Leuven et le CEA-Paris Saclay. « Grâce à de nouvelles techniques, nous avons pu suivre directement leur mouvement pour la première fois. »
Le télescope ALMA perce la poussière
L’équipe a utilisé le télescope ALMA au Chili, un réseau de 66 radiotélescopes idéal pour imager en détail les structures de gaz et de poussière. π¹ Gruis a été observée en 2019 puis à nouveau en 2023. Ces mesures répétées ont permis aux scientifiques de confirmer, pour la première fois, la présence d’une étoile compagnon se déplaçant sur une orbite presque parfaitement circulaire autour de la géante.
« C’est comme si nous avions pu regarder en direct la danse de deux étoiles », explique la professeure Leen Decin, astronome à la KU Leuven. « Cette observation directe change tout. Jusqu’ici, nous pouvions seulement soupçonner l’existence d’un compagnon ; à présent, nous le voyons réellement orbiter autour de la géante. »
Nouvelles perspectives sur les étoiles évoluées
Le résultat est surprenant : la théorie prédisait une orbite elliptique pour l’étoile compagnon, mais nous observons une orbite presque parfaitement circulaire. Cela suggère que l’orbite évolue plus rapidement qu’on ne le pensait du fait de l’action combinée de la perte de masse de l’étoile géante et des interactions de marées avec son compagnon. Ce résultat appelle à des ajustements des modèles existants décrivant la dernière phase de vie des géantes accompagnées.
« Notre Soleil traversera un jour une étape similaire », ajoute Mats Esseldeurs. « Comprendre comment les étoiles compagnons proches se comportent dans ces conditions nous aide à mieux prédire ce qui arrivera aux planètes autour du Soleil, et comment le compagnon influence l’évolution de la géante elle-même. »
Plus d’informations
L’étude “Evidence for the Keplerian orbit of a close companion around a giant star” par Esseldeurs et al. (DOI 10.1038/s41550-025-02697-2) a été publiée dans Nature Astronomy. L’étude a été principalement financée par une bourse du FWO.
Ce projet est une collaboration entre la KU Leuven, l’Université Monash, le CEA Paris-Saclay et d’autres partenaires internationaux.
Contacts
- Stéphane Mathis, Département d’Astrophysique – UMR AIM/Irfu
- Mats Esseldeurs, Département de Physique et d’Astronomie, KU Leuven
- Professeure Leen Decin, Département de Physique et d’Astronomie, KU Leuven
