Les observations intensives menées par une équipe internationale de scientifiques - dont fait partie Michaël De Becker, astrophysicien à l’ULiège – permet d’expliquer l’origine de la puissante émission d’ondes radio de deux des trois étoiles très massives du système stellaire Apep. Ces observations ont permis la production d’images, avec un niveau de détail encore jamais atteint, d’un système comme il doit en exister peu dans notre galaxie.
L
e système stellaire connu sous le nom d'Apep, Dieu du panthéon égyptien dont le nom signifie « Serpent géant », situé à quelques 8000 années-lumière de notre Terre a été récemment découvert grâce à sa spectaculaire structure en spirale de poussière. Cette structure remarquable provient de deux étoiles Wolf-Rayet situées en son cœur. Les étoiles Wolf-Rayet sont des étoiles hyper massives qui sont entrées dans la dernière étape de leur vie, soit dans une phase où elles vont se dénuder en perdant leur couche externe de manière significative et de façon assez rapide. Cette expulsion de matière se traduit par ce que l’on appelle des vents stellaires, des vents qui véhiculent non seulement une quantité de matière importante mais surtout une énorme énergie. « Ce qui est très intéressant et quasi unique ici est que nous sommes face à deux étoiles massives qui orbitent l’une autour de l’autre, et qui se trouvent toutes les deux dans des phases d'évolution extrêmes qui précèdent leur explosion en supernova, explique Michaël De Becker, astrophysicien au Laboratoire ORCA (STAR Institute / Faculté des Sciences) de l’Université de Liège qui a participé à l’étude. La collision de leurs vents stellaires donne d’ailleurs lieu à une accélération substantielle de particules révélée par une émission d'ondes radio particulière. »
Afin de comprendre l'origine de cette forte luminosité et visualiser ce qui se passe au cœur de cette spirale de poussière, un groupe international d’astronomes a effectué des observations radio du système au moyen de l'Australian Long Baseline Array (LBA), un réseau de télescopes qui combine les données de dix radiotélescopes répartis en Australie et en Nouvelle-Zélande, et qui disposent d’une résolution suffisamment fine pour identifier un camion à la surface de la Lune depuis la Terre. C’est en pointant leurs télescopes en direction d’Apep que l’équipe de scientifiques a révélé des détails sur l’origine de cette forte émission radio : la lumière provient spécifiquement des chocs extrêmes produits par la collision des deux vents stellaires.
"Les deux étoiles Wolf-Rayet au cœur d’Apep présentent des vents stellaires très puissants allant jusqu'à des millions de kilomètres à l'heure, explique Benito Marcote du Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) des Pay-Bas et directeur de l’étude. Lorsque ces deux vents entrent en collision, ils produisent donc des chocs extrêmes, jamais observés auparavant avec une telle intensité dans notre Galaxie. Ces chocs sont observés sous la forme d'une structure en forme de banane qui émet des ondes radio de forte intensité. » Un phénomène qui, selon Michaël De Becker, s'explique par du rayonnement synchrotron. « L'énergie déployée dans la collision des vents est telle que l'intensité de ce rayonnement radio est sans précédent pour ce type de système constitué d'étoiles massives. En amont de ce rayonnement, on a bel et bien affaire à l'activité d'un véritable accélérateur de particules alimenté par la puissance des vents stellaires, et responsable des électrons très énergétiques à l'origine de ce rayonnement. »
Grâce aux observations d’Apep, les chercheurs commencent à comprendre comment ces étoiles très massives peuvent se comporter, la dynamique de leurs forts vents stellaires, et comment les énormes quantités de poussière sont produites après la collision de leurs vents. Cette poussière, qui est expulsée du système en suivant le mouvement orbital des deux étoiles, est responsable de la belle structure en spirale révélée en lumière infrarouge.
Si ces étoiles sont bien plus massives que notre Soleil, leur durée de vie est toutefois bien plus courte. « Contrairement à notre Soleil, qui terminera se vie en voyant son coeur s’effondrer sur lui-même et devenir une naine blanche, reprend Michaël De Becker, les étoiles Wolf-Rayet finissent leur vie en explosant en supernova, une explosion qui génère une immense quantité d'énergie. » Si l'environnement autour du système est déjà beaucoup plus extrême que tout autre système connu impliquant deux étoiles massives, les astronomes s'attendent à ce que ce système finisse sa vie dans une explosion extrême. Assez extrême pour faire d'Apep le système le plus susceptible de produire une explosion de rayons gamma - un éclair de rayons gamma très énergique qui, à ce jour, n'a été observé qu'à des distances cosmologiques, jamais dans notre Galaxie.
Marcote, Callingham, De Becker, et al., AU-scale radio imaging of the wind collision region in the brightest and most luminous non-thermal colliding wind binary Apep, 2021, MNRAS, 501, 2, 2478.
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