Étoile variable cataclysmique

En astronomie , les étoiles variables cataclysmiques ( CV ) sont des étoiles dont la luminosité augmente de manière irrégulière et importante, puis redescend à un état de repos. On les appelait initialement novae (du latin « nouveau »), car celles qui avaient une luminosité éclatante visible à l' œil nu et une luminosité de repos invisible apparaissaient comme de nouvelles étoiles dans le ciel.

Les étoiles variables cataclysmiques sont des étoiles binaires constituées de deux éléments : une naine blanche primaire et une secondaire transférant de la masse . Les étoiles sont si proches l'une de l'autre que la gravité de la naine blanche déforme la secondaire, et la naine blanche accrète de la matière de la compagne. Par conséquent, la secondaire est souvent appelée l' étoile donneuse , et elle est généralement moins massive que la primaire. La matière qui tombe, qui est généralement riche en hydrogène , forme dans la plupart des cas un disque d'accrétion autour de la naine blanche. Une forte émission d'UV et de rayons X est souvent détectée à partir du disque d'accrétion, alimentée par la perte d' énergie potentielle gravitationnelle de la matière qui tombe. L'orbite la plus courte actuellement observée dans un système riche en hydrogène est de 51 minutes dans ZTF J1813+4251 .

La matière du bord intérieur du disque tombe sur la surface de la naine blanche primaire. Une explosion de nova classique se produit lorsque la densité et la température au fond de la couche d'hydrogène accumulée augmentent suffisamment pour déclencher des réactions de fusion d'hydrogène incontrôlables , qui convertissent rapidement la couche d'hydrogène en hélium . Si le processus d'accrétion se poursuit suffisamment longtemps pour amener la naine blanche près de la limite de Chandrasekhar , l'augmentation de la densité intérieure peut déclencher une fusion incontrôlable du carbone et déclencher une explosion de supernova de type Ia , qui détruirait complètement la naine blanche.

Le disque d'accrétion peut être sujet à une instabilité conduisant à des explosions de novae naines , lorsque la partie extérieure du disque passe d'un mode froid et terne à un mode plus chaud et plus lumineux pendant un certain temps, avant de revenir au mode froid. Les novae naines peuvent se reproduire sur une échelle de temps allant de quelques jours à plusieurs décennies.

Les naines blanches variables sont subdivisées en plusieurs groupes plus petits, souvent nommés d'après un prototype d'étoile brillante caractéristique de la classe. Dans certains cas, le champ magnétique de la naine blanche est suffisamment puissant pour perturber le disque d'accrétion interne ou même empêcher complètement la formation du disque. Les systèmes magnétiques présentent souvent une polarisation forte et variable dans leur lumière optique, et sont donc parfois appelés polaires ; ceux-ci présentent souvent des fluctuations de luminosité de faible amplitude à ce que l'on suppose être la période de rotation de la naine blanche.

Novae rouge lumineuse Ce sont des fusions stellaires qui deviennent très rouges après l’explosion. Polaires VY Sculptoris Il s'agit d'étoiles dont la luminosité chute occasionnellement de plus d'une magnitude, avec de très rares explosions de type nova naine pendant leur état de faible luminosité. Elles peuvent être une sous-classe d'étoiles polaires. AM Canum Venaticorum Il s'agit de variables cataclysmiques dont les deux composantes sont des naines blanches ; le disque d'accrétion est composé principalement d'hélium, et elles présentent un intérêt en tant que sources d' ondes gravitationnelles . Sextantis du Sud-Ouest Elles ressemblent à des novae naines, mais leur disque d'accrétion est en état stable et ne présente donc pas d'explosions ; le disque émet de manière non uniforme. Elles sont généralement aussi des variables à éclipses , bien que cela semble être un artefact de sélection . Z Andromedae (variables symbiotiques) Il s'agit de binaires proches avec un grand composant froid perdant de la masse au profit d'un composant compact plus chaud et d'un disque d'accrétion.

Il existe plus de 1600 systèmes CV connus. Le catalogue a été gelé à partir du 1er février 2006, bien que de nouveaux systèmes soient découverts chaque année.

Les variables cataclysmiques font partie des classes d'objets astronomiques les plus couramment trouvées par les amateurs, car une variable cataclysmique dans sa phase d'explosion est suffisamment brillante pour être détectable avec des instruments très modestes, et les seuls objets célestes facilement confondus avec elles sont des astéroïdes brillants dont le mouvement d'une nuit à l'autre est clair.

Il est également assez simple de vérifier qu'un objet est une variable cataclysmique : ce sont généralement des objets assez bleus, ils présentent une variabilité rapide et forte, et ils ont tendance à avoir des lignes d'émission particulières . Ils émettent dans les gammes ultraviolette et X ; on s'attend à ce qu'ils émettent également des rayons gamma, provenant de l'annihilation des positons des noyaux riches en protons produits lors de l'explosion de fusion, mais cela n'a pas encore été détecté.

Environ six novae galactiques (c'est-à-dire dans notre propre galaxie ) sont découvertes chaque année, alors que les modèles basés sur des observations dans d'autres galaxies suggèrent que le taux d'occurrence devrait être compris entre 20 et 50 ; cet écart est dû en partie à l'obscurcissement par la poussière interstellaire, et en partie à un manque d'observateurs dans l'hémisphère sud et aux difficultés d'observation lorsque le Soleil est levé et à la pleine lune .

Certaines variables cataclysmiques connaissent des éclaircissements périodiques causés par des déformations du disque d'accrétion lorsque sa rotation est en résonance avec la période orbitale du binaire.