Le Mystère des Étoiles à Neutrons Binaires dans les Amas d'Étoiles

Les binaires de naines blanches (NB) sont des paires de naines blanches qui orbitent l'une autour de l'autre. Ces objets uniques ont longtemps intrigué les astronomes, surtout quand on les trouve à la périphérie des amas d'étoiles. Normalement, les étoiles plus lourdes, comme les naines blanches, devraient se déplacer vers le centre des amas à cause d'un processus appelé friction dynamique. Le centre de l'amas est plus dense, ce qui en fait un endroit naturel pour que ces objets lourds se rassemblent. Pourtant, certaines binaires de naines blanches, en particulier les Pulsars à millisecondes (PMS), ont été repérées loin des centres d'amas, soulevant des questions sur comment elles sont arrivées là.

Par exemple, l'amas d'étoiles NGC 6752 contient deux PMS situés loin du centre. Le premier PMS, identifié comme PSR J1911-5958A, est connu pour être le plus éloigné de son genre du centre de l'amas. Il se trouve à environ 3,3 rayons de demi-lumière, ce qui est un bon bout. Ce PMS a une étoile compagne qui est une naine blanche en hélium. Le second PMS, PSR J1911-6000C, est également situé loin du centre de l'amas mais n'a pas de compagne.

#Le Défi d'Expliquer Leurs Positions

On pense généralement que la position de ces PMS à la périphérie de leurs amas ne peut pas simplement être expliquée par une conséquence de leur formation dans ces zones. La distribution observée des étoiles à neutrons et de leurs compagnons dans les amas ne s'aligne pas sur ce qu'on s'attendrait si elles étaient principalement nées à la périphérie. Il y a plein d'autres facteurs en jeu.

Le raisonnement habituel est que les interactions impliquant des trous noirs massifs (TN) dans l'amas pourraient éjecter les binaires de naines blanches vers l'extérieur. Cependant, les preuves suggèrent que les interactions avec des trous noirs lourds ne sont peut-être pas la principale raison des positions observées de ces binaires.

#Mécanismes Alternatifs Pour L'Éjection

Après avoir examiné cette question de près, plusieurs autres explications potentielles ont été avancées sur la façon dont ces binaires de naines blanches pourraient se retrouver à la périphérie des amas :

1. Interactions à trois corps : L'explication la plus probable pour les binaires de naines blanches observées à la périphérie des amas implique une interaction à trois corps avec une étoile normale. Cela signifie que la binaire de naine blanche interagit avec une autre étoile d'une manière qui pourrait la pousser vers l'extérieur.

2. Effondrement du Noyau : Dans certains amas, un processus appelé effondrement du noyau peut se produire, ce qui pourrait également aider à déplacer les étoiles à neutrons vers l'extérieur du noyau. Dans un effondrement du noyau, le centre de l'amas devient très dense et peut provoquer différentes dynamiques qui poussent certaines étoiles plus loin.

3. Formation Initiale : Une autre idée est que certaines binaires de naines blanches pourraient avoir été formées à la périphérie de l'amas. Cependant, compte tenu de la façon dont les étoiles à neutrons se comportent, ce scénario semble moins probable dans la plupart des cas.

#Comprendre Le Rôle Des Trous Noirs

Bien qu'on ait initialement cru que les interactions avec des binaires de trous noirs massifs étaient la principale cause de l'éjection des binaires de naines blanches vers la périphérie, cette idée est remise en question. Il semble que la combinaison d'interactions à trois corps et de mécanismes d'effondrement du noyau pourrait jouer un rôle plus important dans ces mouvements d'étoiles à neutrons.

Un binaire de trou noir aurait besoin d'être suffisamment dynamique pour garder une binaire d'étoiles à neutrons dans l'amas, mais seulement dans des situations spécifiques. Si la dynamique de l'amas le permet, il est plus probable qu'une étoile à neutrons soit complètement éjectée de l'amas, plutôt que d'être placée juste à la périphérie.

#Simulations et Observations

Pour mieux comprendre ces scénarios, les astronomes ont mené des simulations pour étudier comment les étoiles à neutrons se comportent dans les amas d'étoiles au fil du temps. Ces simulations visent à imiter l'évolution des amas d'étoiles et les interactions qui pourraient se produire en leur sein.

Deux amas, NGC 6752 et 47 Tuc, ont été étudiés dans des simulations pour évaluer les comportements des binaires d'étoiles à neutrons. Les résultats de ces simulations soutiennent l'idée que les étoiles normales, en interagissant avec les étoiles à neutrons ou leurs binaires, pourraient probablement mener à des scénarios d'éjection.

#Mécanismes Communs d'Éjection

D'après les simulations, il devient clair que plusieurs mécanismes contribuent à placer les étoiles à neutrons à la périphérie :

• Interactions Avec des Étoiles Normales : Les étoiles ordinaires, comme les étoiles de la séquence principale ou les naines blanches, ont tendance à être beaucoup plus communes dans les amas d'étoiles que les trous noirs. Donc, c'est logique que les interactions avec ces étoiles puissent entraîner l'éjection des étoiles à neutrons vers la périphérie des amas plus souvent.

• Éjection par Interactions Binaires : Les étoiles à neutrons peuvent également être éjectées à cause d'interactions avec d'autres systèmes d'étoiles binaires. Par exemple, un système binaire pourrait échanger un de ses composants avec une étoile à neutrons, conduisant à l'éjection de la binaire d'étoiles à neutrons de l'amas.

• Coup de Natal : Lorsqu'une étoile à neutrons se forme, elle peut recevoir un coup ou une poussée en raison d'asymétries dans le matériel environnant pendant sa création. Ce coup peut potentiellement pousser l'étoile à neutrons ou sa binaire vers la périphérie pendant ou après sa formation.

#Preuves Observables

L'étude de divers amas a montré que de nombreuses binaires de naines blanches trouvées à leur périphérie ne partagent pas les caractéristiques communes attendues de celles qui auraient été formées là. Par exemple, de nombreux PMS sont observés comme étant significativement plus fréquents dans les amas globulaires par rapport à d'autres zones de la galaxie Milky Way.

Cela suggère que les conditions qui mènent à la formation des étoiles à neutrons ou des PMS doivent être fortement influencées par la dynamique de l'amas. Dans de nombreux cas, ces étoiles interagissent avec d'autres étoiles normales plutôt qu'avec seulement des trous noirs, qui ne se forment pas en abondance dans tous les types d'amas.

#Conclusion

Les binaires de naines blanches trouvées à la périphérie des amas d'étoiles posent une question fascinante pour les astronomes. En examinant la dynamique des amas d'étoiles et en menant des simulations, les chercheurs découvrent les mécanismes possibles qui mènent à l'éjection de ces étoiles à neutrons loin des cœurs d'amas plus denses.

Alors que les interactions avec des trous noirs lourds pourraient faire partie de l'histoire, elles sont probablement éclipsées par les interactions avec des étoiles normales et les dynamiques complexes des amas d'étoiles. Dans l'ensemble, l'étude continue des amas d'étoiles promet d'éclairer encore plus sur ces remarquables binaires d'étoiles à neutrons et leurs parcours au sein du cosmos.