Les novas

Il y a "nova" quand une naine blanche, partie d'un système double, a attiré suffisamment de matériau -de l'hydrogène- depuis l'étoile-compagnon pour déclencher une explosion nucléaire: l'hydrogène s'amoncelle sur la surface de la naine blanche, s'échauffe, devient plus dense et, à point dit "flash point", quand une fusion de l'hydrogène s'amorce, il explose, amenant une hausse de luminosité du système d'1 millier de fois en un peu plus d'une journée terrestre ou en quelques semaines: les couches extérieures de la naine blanche sont éjectées. Les systèmes nova nains sont des systèmes binaires constitués d'une naine blanche et d'une naine brune. Les novas classiques peuvent être considérées comme des versions "miniatures" des supernovas. Chaque explosion de nova libère un total de 10000 à 100000 fois la production annuelle d'énergie du Soleil. Les astronomes découvrent environ 10 novae chaque année dans la Galaxie. Les novas sont des évènements moins violents et plus communs que les supernovas et elles sont également une source de matériau injecté dans le milieu interstellaire. Les novas sont également spécifique en ce que leurs explosions sont répétitives. Une étoile peut ainsi passer de la magnitude 15 à la magnitude 5, devenant ainsi une "nouvelle étoile" qui vient modifier l'aspect habituel d'une constellation. On appelle ces étoiles des "novas", du mot latin qui signifie "nouvelle" ("étoile nouvelle"), car ces étoiles apparaissent brutalement dans le ciel. Une nova ensuite commence rapidement à faiblir en plusieurs jours ou semaines, le temps que l'hydrogène finisse d'être d'être brûlé par explosion et soufflé dans l'espace. Comme les énergies et les masses associées à une nova sont moindres que celles d'une supernova, les restes des novas évoluent plus rapidement. Les novas sont des phénomènes cycliques et elles sont plus fréquentes que les supernovas. Une nova produit jusqu'à 100 000 fois la puissance annuelle du Soleil en énergie. On pense qu'entre 20 et 50 novas se produisent chaque année dans la Galaxie. Les novas produisent aussi presque toujours des rayons gamma qui, dans ce cas, trouvent leur origine dans les collisions qui se produisent, au sein du nuage de débris en expansion rapide produit par l'explosion, entre des ondes de choc à vitesses différentes. Le matériau expulsé lors de précédentes explosions peut rester dans les environs du système et former un disque de débris autour de la nova: le matériau expulsé continue son expansion -en forme de disque et non de sphère- le long du plan orbital du système double mais il ne s'en échappe pas. L'étoile dont le matériel est attiré par la naine blanche joue vraisemblablement un rôle dans le façonnage du matériau éjecté, probablement le long du plan orbital. Toute nouvelle explosion illumine ce disque. Pour ce qui est des couples étoile-trou noir, le gaz venant de l'étoile s'écoule vers le trou noir autour duquel il forme un disque d'accrétion. Les phénomènes de friction dans ce disque échauffent le gaz à des millions de degrés, ce qui produit des rayons-X. Sur le bord inférieur de disque, près du trou noir, de forts champs magnétiques éjectent ce gaz sous la forme de deux jets opposés, qui se déplacent à la moitié de la vitesse de la lumière. Des rayons-X "durs", à haute énergie sont formés par une région d'électrons très énergétiques qui forment une couronne autour de la partie interne du disque d'accrétion. Lorsque ces électrons heurtent des photons (de lumière visible), la collision accélère les photons aux énergies des rayons-X durs, un processus dit "dispersion Compton inverse". Des énergies plus basses (rayons-X "doux") semble ensuite venir du gas plus dense du disque et, dans le mouvement, la chaleur du disque "éteint" le processus qui génère les jets. Puis un cycle reprend: le disque se refroidit, les jets reprennent avec des rayons-X durs. Dans les jets, les électrons et les positrons, qui se déplacent à une fraction importante de la vitesse de la lumière, génèrent des rayons-X lorsqu'ils rencontrent des champs magnétiques (processus dit "émission synchrotron"), avec des énergies de mille milliards d'électron-volts (des milliards de fois supérieures à l'énergie de la lumière visible). Des bulles de matière à haute vitesse que les jets ont projeté au cours d'éruptions précédentes deviennent à leur tour source de rayons-X. Une étude menée sur un couple étoile normale-trou noir (avec un temps orbital de 1,7 jour et un trou noir d'une valeur de 10 masses solaires) a montré que lorsque la matière de l'étoile tombe sur le trou noir, le disque d'accrétion de celui-ci est proche du troi noir mais que, quand le flot de matière s'interrompt, le disque chauffe et, ainsi, évapore sa partie la plus interne. Dans le cas de ce couple, on peut voir les rayons-X émaner d'une zone qui se situe vers 32 km du trou noir dans un cas, alors qu'ils ne voient plus qu'à une distance de 960 km dans l'autre. Cela montre que le disque intérieur se réduit en un plasma ténu -mais très chaud (à une température de 20 milliards de degrés au lieu des habituels 20 millions). Les jets polaires continuent d'être produits pendant ces épisodes. Un système qui comprend une naine blanche compacte et une géante rouge s'appelle une "binaire symbiotique": le phénomène nova se produit lorsque l'atmosphère extérieur de la géante entre en expansion et est captée par la naine blanche. Après des décennies ou des siècles, le gaz se transforme brutalement en hélium, déclenchant une réaction explosive (la naine blanche, cependant, reste intacte). On a observé, en 2010 qu'une telle nova forme une onde de choc composée de particules à haute vitesse, de gaz ionisé et de champs magnétiques, qui se déplace à 4,3 millions de km/h (7 millions miles/h). Les champs magnétiques piègent les particules et les accélèrent à des vitesses proches de celles de la lumière et les particules produisent des rayons-gamma lorsqu'elles heurtent le vent solaire de la géante rouge. On a ainsi eu là la première preuve qu'un évènement nova peut produire des rayons-gamma. De telles novas devraient permettre aux astronomes d'étudier sur des durées de quelques jours des évènements qui se produisent sur des milliers d'années dans les restes de supernova en expansion. Une nova rayons-X est une source, à courte durée de vie, de rayons-X qui apparaît soudainement, atteint son pic d'émission en quelques jours et faiblit ensuite sur une période de quelques mois. L'explosion nova a lieu lorsque des torrents de gaz atteignent brusquement certains des objets les plus compacts qu'on connaisse, soit une étoile à neutrons soit un trou noir. Un tel système, dit, en anglais "low-mass X-ray binary" ("binaire rayons-X à faible masse", LMXB), peut comprendre une étoile normale, du type du Soleil. A certaines quantités de flux, le disque d'accrétion ne peut plus maintenir un flux stable interne et il alterne entre deux états: l'un, froid, moins ionisés où le gaz ne fait que s'amasser dans la portion extérieure du disque et l'un, plus chaud, plus ionisé, qui envoie une onde gravitationnelle de gaz en direction du centre. Chaque explosion nova dégage l'anneau interne et comme peu ou pas de matériau tombe sur l'objet cnetral, le système cesse d'être une source de rayons-X. Quelques dizaines d'années plus tard, une fois qu'assez de gaz s'est de nouveau accumulé dans le disque externe, le système revient à son état "chaud" et envoie un déluge de gaz vers l'objet central, ce qui déclenche une nouvelle poussée de rayons-X. On appelle, en anglais, ce phénomène un "thermal-viscous limit cycle" ("cycle à limite thermo-visqueuse")

Un type particulier de système binaire explosif est du type qui résulte dans le système AM Canum Venaticorum (ou AM CVn): deux naines blanches orbitent extrêmement rapidement l'une autour de l'autre (18 mn). Un tel système devrait, selon, la Relativité, générer des ondes gravitationnelles. Un tel système trouve son origine dans une naine blanche et une autre naine blanche, plus massive et plus compacte, lesquelles crée déjà des ondes gravitationnelles; la naine la plus massive finit, après 100 millions d'années, par prendre du matériau de la plus légère et elle explose à sa surface. Une telle explosion se range dans une catégorie particulière, les supernova de type Ia. Des évènements très rares -l'explosion d'une étoile du fait de la fusion ave cune autre- produisent un évènement lumineux plus important qu'une nova -mais moins qu'une supernova; on appelle ce genre d'évènement, en anglais, une "luminous red nova" ("nova rouge lumineuse", ou LRN) et ils présentent une couleur rouge typique ainsi qu'une luminosité résurgent dans l'infrarouge

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Des études récentes montrent que les systèmes doubles peuvent connaître des évènements nova complets tous les 10000 ans alors qu'entre, à intervalles de quelques semaines, elles n'ont que de faibles soubresauts. Lorsqu'il y a explosion nova complète, on voit des cavités de matière en expansion après l'évènement. Il ne s'agit pas là de supernovas mais de novas du fait du caractère répétitif de l'évènement
Certaines novas, elles, semblent trouver leur origine -au moins en ce qui concerne la naine blanche- dans des naines blanches de masse relativement importante. Elles n'ont ainsi que peu de matériau à accumuler avant que l'explosion ne se produise. De tels cas ne semblent pas rares et survenir sur de relativemnet courts intervalles de temps
Entre les explosions d'une nova, le fait que l'une des étoiles orbite dans le vent solaire de l'autre fait que sont générés des "spots" plus froid sur cette étoile et que ces températures plus basses permettent aux atomes de se transformer en molécules de poussière. Celles-ci s'accumulent et forment une grande structure spirale autour de l'étoile double. Cette structure de poussière est détruite à chaque explosion de la nova. Une nova, au sens strict du terme, désigne un couple d'étoiles dans lequel l'une déverse du matériau sur la surface de l'autre, le processus finissant par une explosion; le mécanisme est cyclique. Les doubles rayons-X -en anglais "X-ray binaries" ou "XRB", par ailleurs, consistent en une étoile compacte, une étoile à neutrons ou, plus rarement, un trou noir, capturent du matériau qui vient d'une étoile-compagnon. Le matériau est accéléré par l'intense champ gravitationnel de l'étoile centrale et chauffé à des millions de degrés; il devient ainsi une source rayonx-X. Les trous noirs, dans de tels systèmes restent brillants sur des durées, par exemple, de 10 ans et les étoiles à forte masse de ces sources rayons-X possèdent des vents violents, lesquels permettent un apport régulier de matériau sur le trou noir