Après un demi-siècle à se gratter la tête, les astronomes ont enfin identifié la source des rayons X inhabituels provenant de l'étoile brillante gamma-Cas. Le coupable ? Une étoile compagne invisible qui a sournoisement aspiré de la matière de sa voisine plus grande. En gros, c'est l'équivalent cosmique de quelqu'un qui pique la dernière part de pizza.

De nouvelles données à haute résolution de la mission XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) ont révélé que les rayons X sont liés à l'orbite d'une naine blanche proche. En suivant ce mouvement, les chercheurs dirigés par Yaël Nazé de l'Université de Liège, en Belgique, ont confirmé la véritable origine des émissions. « Il y a eu un effort intense pour résoudre le mystère de gamma-Cas dans de nombreux groupes de recherche pendant des décennies », déclare Nazé. « Et maintenant, grâce aux observations de haute précision de XRISM, nous y sommes enfin parvenus. »

Gamma-Cas, qui forme le point central de la constellation familière en forme de W de Cassiopée et peut être vue à l'œil nu dans toute l'Europe, est une fauteuse de troubles depuis 1866. C'est à ce moment-là que l'astronome italien Angelo Secchi a remarqué que sa lumière présentait une raie d'hydrogène brillante au lieu de la raie sombre observée dans le Soleil. Cela a conduit à la création d'une nouvelle catégorie : les étoiles 'Be', pour les étoiles chaudes, bleu-blanc avec des raies d'émission distinctives. Finalement, les scientifiques ont compris que ces émissions proviennent d'un disque de matière en rotation éjecté par l'étoile en rotation rapide, qui croît et décroît avec le temps.

Dans les années 1970, on a découvert que gamma-Cas émettait des rayons X anormalement forts provenant d'un plasma atteignant environ 150 millions de degrés – bien plus chaud et brillant que prévu. En utilisant des observatoires avancés comme XMM-Newton de l'ESA, Chandra de la NASA et eROSITA de l'Allemagne, les astronomes ont identifié environ deux douzaines de systèmes similaires. Pendant des années, deux théories se sont affrontées : les interactions magnétiques entre l'étoile et son disque, ou la matière tombant sur un compagnon caché. Le spectromètre Resolve de XRISM a tranché le débat, montrant que le plasma chaud se déplace en synchronisation avec l'orbite du compagnon invisible. Cela confirme que la naine blanche attire la matière et génère des rayons X en chauffant.

« Les travaux précédents utilisant XMM-Newton ont vraiment ouvert la voie à XRISM », déclare Nazé. « C'est extrêmement satisfaisant d'avoir des preuves directes pour résoudre ce mystère enfin ! » Identifier les systèmes gamma-Cas comme des paires d'étoiles Be et de naines blanches accrétantes répond à la question des rayons X mais soulève de nouvelles interrogations sur la formation de ces systèmes binaires. Les scientifiques pensaient autrefois que de tels couples étaient courants, mais des découvertes récentes suggèrent qu'ils sont moins fréquents et plus souvent associés à des étoiles Be massives. « Maintenant que nous connaissons la véritable nature de gamma-Cas, nous pouvons créer des modèles spécifiquement pour cette classe de systèmes stellaires », ajoute Nazé.

« C'est incroyable de voir comment ce mystère s'est lentement dévoilé au fil des ans », déclare Alice Borghese, chercheuse à l'ESA. « XMM-Newton a fait une grande partie du travail préparatoire… et maintenant, avec la prochaine génération d'instruments avancés, XRISM nous a menés jusqu'à la ligne d'arrivée. » Matteo Guainazzi, scientifique du projet XRISM à l'ESA, souligne la forte collaboration entre les équipes japonaises, européennes et américaines. Matériel fourni par l'Agence spatiale européenne.