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Il y a environ 4,5 millions d’années, le Soleil est passé remarquablement près de deux étoiles extrêmement brillantes dont le rayonnement a inondé l’espace voisin – et la rencontre a laissé une cicatrice fantomatique que les astronomes peuvent encore détecter aujourd’hui, selon une nouvelle étude.
L’équipe de recherche affirme que ce passage rapproché aide à résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies sur la raison pour laquelle l’espace autour de notre système solaire est beaucoup plus énergétique que ne le prédisent les modèles, notamment pourquoi il contient un surplus d’hélium ionisé.
Aujourd’hui, les étoiles marquent les pattes avant et arrière de la constellation Canis Major (le Grand Chien), à plus de 400 années-lumière du système solaire. Mais il y a environ 4,5 millions d’années, lorsque les étoiles ont frôlé le système solaire, elles étaient plus jeunes, plus chaudes et plus brillantes. Leur passage peut également avoir chevauché le moment où Lucy – une fossile remarquablement complet d’un ancêtre humain découvert en Éthiopie en 1974 – a parcouru la Terre.
« Ils ne se dirigeaient pas directement vers nous… mais c’est proche », a déclaré Shull à Live Science. « Si Lucy et ses amis avaient levé les yeux et remarqué les étoiles, les deux étoiles les plus brillantes du ciel n’auraient pas été Sirius, mais Beta et Epsilon Canis Majoris. »
Les résultats ont été publiés le 24 novembre dans Le journal d’astrophysique.
Un mystère persistant
Aujourd’hui, le système solaire dérive à travers un patchwork diffus de plus d’une douzaine de volutes de gaz et de poussières proches appelées milieu interstellaire local, composé principalement d’hydrogène et d’hélium et s’étendant à environ 30 années-lumière du soleil.
Les astronomes pensent que ces nuages ont été sculptés sur plusieurs millions d’années par les ondes de choc des étoiles explosives de la région de Scorpius-Ophiuchus, un riche amas d’étoiles massives situé à environ 300 années-lumière de la Terre, qui ont comprimé le gaz interstellaire dans les minces nuages locals observés aujourd’hui.
Des observations remontant aux années 1990, notamment celles du télescope spatial Extreme Ultraviolet Explorer de la NASA, aujourd’hui retiré, révélé que cette région est inhabituellement ionisée. Les atomes d’hélium, en particulier, ont été dépouillés de leurs électrons à un rythme presque deux fois plus rapide que prévu par rapport à l’hydrogène.
Ce déséquilibre a intrigué les astronomes, car l’hélium nécessite plus de rayonnement énergétique pour s’ioniser que l’hydrogène. Cela rend son ionisation élevée difficile à expliquer avec le seul rayonnement solaire, qui ne s’étend pas bien au-delà du système solaire.
Pour enquêter sur le mystère, Shull et ses collègues ont calculé les propriétés et la production ultraviolette de Beta et Epsilon Canis Majoris, en utilisant les mesures du laboratoire de l’Agence spatiale européenne. Hipparcos satellite, qui a cartographié les positions de plus d’un million d’étoiles au cours d’une mission de quatre ans qui s’est terminée en 1993.
Connaître à quelle distance se trouvent aujourd’hui les deux étoiles – environ 400 années-lumière – et à quelle vitesse elles se déplacent a permis à l’équipe de retracer le chemin des étoiles dans le temps pour reconstruire leur passage rapproché par le système solaire il y a environ 4,5 millions d’années.
« C’est comme une piste de danse »
Les modèles de l’équipe montrent que les nuages locaux vaporeux auraient été intensément ionisés par le rayonnement des deux étoiles – à des niveaux jusqu’à 100 fois plus forts que ceux observés aujourd’hui. Au fil du temps, le gaz serait lentement revenu à un état plus neutre grâce à un processus appelé recombinaison, dans lequel les électrons libres se rattachent aux ions et deviennent des atomes.
« C’est comme une piste de danse », a déclaré Shull à Live Science. « Vous avez des protons et des électrons qui dansent, et parfois ils dansent ensemble et parfois ils se séparent. »
Mais ce processus prend du temps, et l’exposition continue aux rayonnements provenant d’autres sources continue de maintenir le gaz partiellement ionisé, a déclaré Shull. Les astronomes avaient déjà identifié d’autres sources de rayonnements ionisants, notamment trois étoiles naines blanches à proximité — G191-B2B, Feige 24 et HZ 43A — restes stellaires compacts connus pour émettre une forte lumière ultraviolette. Les chercheurs ont également souligné la bulle locale – une vaste région de gaz chauds soufflée par une supernova qui s’étend sur environ 1 000 années-lumière autour du système solaire.
« Des photons plus énergétiques ionisent préférentiellement l’hélium », a-t-il déclaré. « C’est l’essentiel. »
Les morceaux s’assemblent
Bien que les astronomes disposent de données fiables sur le mouvement stellaire depuis des décennies, Shull a déclaré que le problème n’était devenu résolu que récemment. Les progrès dans les observations ultraviolettes et aux rayons X rendus possibles par les vols de fusées suborbitales, ainsi que les modèles améliorés de l’évolution et des atmosphères stellaires – et la puissance de calcul nécessaire pour les faire fonctionner – ont finalement permis aux chercheurs de relier les points.
« Le problème était mûr dans le sens où toutes les pièces du puzzle du mystère commençaient à s’assembler », a déclaré Shull.
Les résultats pourraient également avoir des implications plus proches de chez nous. Les nuages locals aident à protéger la planète des particules à haute énergie qui parcourent la galaxie et qui, selon les scientifiques, pourraient éroder la couche d’ozone de la Terre.
Cependant, le soleil ne devrait pas rester indéfiniment à l’intérieur de ces nuages. À mesure qu’il dérive à travers la galaxie, les chercheurs estiment qu’il pourrait quitter la région protectrice d’ici quelques temps. seulement 2 000 à quelques dizaines de milliers d’années. « Ensuite, nous allons recevoir une forte dose de radiations », a déclaré Shull.
Pour l’avenir, Shull a déclaré que comprendre comment les atomes dans les nuages locaux vaporeux se déplaçaient entre des états plus chargés et plus neutres à mesure que le rayonnement augmentait et diminuait tandis que les deux étoiles s’approchaient, passaient et s’éloignaient de notre système solaire reste une partie d’un puzzle plus vaste que les chercheurs sont encore en train d’assembler. « Le problème n’est pas complètement résolu », a déclaré Shull, « mais je pense que nous sommes sur la bonne voie ».
