Eclipsing Binary Patrol

Portée du Projet

Un "binaire éclipsant" est une paire d'étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre, orientées de telle manière qu'une étoile bloque parfois notre vue de l'autre étoile. Avec Eclipsing Binary Patrol, vous examinerez les données du vaisseau spatial NASA/MIT appelé TESS (Transiting Exoplanets Survey Satellite) et contribuerez à percer les mystères de ces systèmes multiples d'étoiles. Ensemble, nous découvrirons de nouveaux binaires éclipsants en triant les données pour éliminer les imposteurs — des objets qui semblent clignoter comme un binaire éclipsant mais ne le sont pas.

Avez-vous déjà complété une classification dans ce projet ? Félicitations, vous faites désormais partie de notre équipe de scientifiques bénévoles !

Pourquoi avons-nous besoin de plus de scientifiques bénévoles comme vous ? Les données de TESS contiennent beaucoup d'informations, mais il est encore assez difficile pour les ordinateurs de comprendre quand elles montrent des sources qui ne nous intéressent pas, telles que des objets non stellaires ou du bruit de fond.

Avec votre aide, nous pouvons séparer les bons candidats des mauvais. Nous pouvons également utiliser ces étoiles pour rechercher des exoplanètes — des planètes qui orbitent d'autres étoiles au-delà du Soleil.

Êtes-vous prêt à faire partie de quelque chose d'extraordinaire ? N'hésitez pas à commencer à classifier dès maintenant ! Ou continuez à lire pour en savoir plus sur la science des systèmes stellaires multiples et les planètes qui y orbitent. Ensemble, nous pouvons découvrir de nouvelles perspectives incroyables sur les étoiles binaires, des objets fascinants qui contiennent encore de nombreuses surprises après des centaines d'années d'étude.

Courbes de Lumière

Dans Eclipsing Binary Patrol, vous aiderez à trouver de nouveaux binaires éclipsants en examinant les "courbes de lumière". "Courbe de lumière" est un terme utilisé par les astronomes pour décrire un graphique montrant la luminosité observée d'un objet lumineux dans le ciel en fonction du temps. Vous verrez souvent ces graphiques mentionnés dans Eclipsing Binary Patrol. De plus, vous examinerez des images de petites régions du ciel contenant chaque source que nous souhaitons étudier.

Étoiles Binaires

Beaucoup des points lumineux que nous voyons dans le ciel nocturne sont en réalité des étoiles binaires — des systèmes de deux étoiles maintenues ensemble par la gravité et orbitant l'une autour de l'autre.

En fait, près de la moitié des étoiles similaires au Soleil sont des binaires et environ une sur dix d'entre elles sont même des systèmes de plus haute hiérarchie (appelés systèmes stellaires multiples) ! L'étoile la plus proche du Soleil — Proxima Centauri — fait partie du système triple Alpha Centauri. Proxima Centauri est "seulement" à 4,25 années-lumière de la Terre, tandis qu'Alpha Centauri A et Alpha Centauri B sont légèrement plus éloignées à une distance de 4,35 années-lumière.

La complexité des systèmes stellaires multiples en fait des outils précieux pour l'étude de divers aspects de l'astrophysique. Ils nous aident à enquêter sur la structure, la formation et l'évolution des étoiles, et même à produire des phénomènes célestes spectaculaires tels que les supernovae, les nébuleuses planétaires et les ondes gravitationnelles. Les systèmes stellaires multiples offrent également un aperçu plus profond de la formation, de l'évolution et de l'habitabilité des planètes en dehors du Système Solaire, ce qui suscite un intérêt croissant non seulement pour les astronomes mais aussi pour le grand public.

Les systèmes stellaires multiples sont répandus dans l'Univers et se présentent sous une grande variété de configurations. Par exemple, les deux étoiles dans certains systèmes binaires peuvent être suffisamment éloignées pour que nous puissions les identifier comme des points lumineux séparés, parfois même à l'œil nu. Dans d'autres cas, la séparation des deux étoiles est si petite que la binarité du système ne peut être révélée qu'avec l'aide de télescopes puissants. Vous pouvez trouver plus d'informations sur les différents types d'étoiles binaires ici.

Étoiles Binaires Éclipsantes (EBs)

Les Étoiles Binaires Éclipsantes (EBs) sont un sous-ensemble spécial de systèmes binaires, et fournissent une base vitale — le soi-disant "chemin royal" — de l'astrophysique stellaire. Les EBs ont longtemps été le sujet d'études intensives qui ont bénéficié à presque tous les domaines de l'astronomie. Par exemple, Beta Persei — un archétype de binaire éclipsant pour les variables d'Algol, et visible à l'œil nu dans l'hémisphère Nord — a été surveillée pendant des centaines et peut-être même des milliers d'années.

Comme mentionné, un EB est un système où l'une des étoiles passe devant l'autre et bloque périodiquement la lumière de l'autre. Étant donné que cet alignement spécial est rare, chaque nouvel EB que nous trouvons peut être très précieux. Ici, nous examinerons les EBs observés depuis la mission TESS de la NASA.

Y a-t-il un moyen facile de visualiser une étoile binaire éclipsante ?

Oui, vous pouvez utiliser ce simulateur EB en ligne pour créer vos propres binaires éclipsants et inspecter leurs courbes de lumière !

Est-ce important s'il y a des différences de taille entre les deux étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre ?

Pas du tout - et en effet, les deux étoiles dans un système binaire auront généralement des tailles, masses et températures différentes !

Pour aider à illustrer les concepts que nous avons abordés, considérons l'exemple suivant. Imaginons un système avec deux étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre dans une orbite circulaire avec une période de P. Supposons également que l'une des étoiles est plus grande, plus massive et plus chaude (l'étoile "primaire") et que l'autre est plus petite, moins massive et plus fraîche (l'étoile "secondaire"). Enfin, nous voyons le système de côté, ou "sur le bord", de manière à ce qu'il produise des éclipses.

Si nous surveillons la luminosité de ce système en fonction du temps (c'est-à-dire mesurons la courbe de lumière), nous verrons des éclipses "primaires" plus profondes lorsque la petite étoile passe devant la grande étoile et bloque une partie de la lumière de cette dernière (à la phase orbitale 0, ou le début de la période - veuillez trouver plus d'informations sur ce qu'est une phase orbitale dans la page FAQ), et des éclipses "secondaires" plus faibles lorsque la petite étoile passe derrière la grande étoile et que nous ne voyons pas la lumière qu'elle émet (à la phase orbitale 0,5, soit une moitié de période après les éclipses primaires) :

Alternativement, si les deux composants sont identiques — un binaire "jumeau" — les éclipses primaires et secondaires seront également identiques :

Vous pouvez utiliser le simulateur EB pour explorer la grande diversité des courbes de lumière entre les deux exemples décrits ci-dessus.

Existe-t-il des systèmes d'étoiles avec plus de deux étoiles ?

Oui, il existe des systèmes triples (comme Alpha Centauri), des systèmes avec quatre étoiles, cinq étoiles, six étoiles, et potentiellement même des systèmes de plus haute hiérarchie (par exemple, AR Cassiopeiae).

Il est important de noter que, à mesure que le nombre d'étoiles dans un système particulier augmente, sa complexité croît également, de sorte que certaines configurations orbitales deviennent effectivement physiquement impossibles. Ainsi, l'architecture des systèmes stellaires multiples est généralement hiérarchique. Par exemple, les systèmes triples ont souvent une configuration "2+1" où une étoile binaire à courte période ("2") a un compagnon tertiaire à longue période ("1"), tandis que les systèmes quadruples tendent à se présenter sous une configuration "2+2", c'est-à-dire deux systèmes binaires à courte période orbitant autour de chacun d'eux sur une orbite à longue période. Le premier système sextuple éclipsant, TIC 168789840, est composé de trois étoiles binaires distinctes dans une configuration "2+2+2". En essence, ici un quadruple "2+2" a un compagnon binaire distant et, de manière surprenante, tous les trois composants binaires sont des binaires éclipsants !

Quel rapport avec TESS ? TESS recueille des informations sur les exoplanètes ?

La mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA surveille la luminosité de dizaines de millions d'étoiles réparties sur l'ensemble du ciel. Beaucoup de ces étoiles sont des étoiles binaires et une petite fraction de ces dernières sera géométriquement alignée pour produire des éclipses. Même si la fraction est petite, les nombres absolus sont encore impressionnants -- nous avons des centaines de milliers de binaires éclipsants nécessitant une analyse approfondie !

Ici, à Eclipsing Binary Patrol, nous examinons attentivement les courbes de lumière TESS de ces binaires éclipsants pour détecter des problèmes évidents ou subtils qui pourraient avoir trompé les méthodes automatisées utilisées pour les détecter. L'impact de ces problèmes peut aller de relativement mineur (par exemple, la période estimée est erronée par un facteur de 2) à potentiellement grave (par exemple, l'étoile cible peut ne pas être la source des éclipses détectées) ou même, eh bien, catastrophique (par exemple, il ne s'agit pas du tout d'un binaire éclipsant !). Ensemble, nous pouvons nous assurer que les objets que nous pensons être des binaires éclipsants SONT VRAIMENT de bons candidats.

Y a-t-il des exoplanètes dans des systèmes binaires éclipsants ?

Oui, il y a en effet quelques planètes découvertes autour des étoiles binaires éclipsantes. La mission TESS nous a déjà aidés à les trouver -- TOI 1338b et TIC 172900988 -- et là où il y en a deux, il y en a sûrement plus. Mais pour trouver les planètes, nous devons d'abord trouver leurs étoiles binaires parentes. Et l'un des moyens les plus faciles de le faire est de trouver des binaires éclipsants !

La science des étoiles binaires éclipsantes et des exoplanètes

Qu'est-ce qu'une exoplanète transitoire ?
Une exoplanète est une planète qui orbite autour d'étoiles autres que le Soleil. Une exoplanète transitoire est une exoplanète qui bloque périodiquement une petite fraction de la lumière de son étoile parente lorsqu'elle orbite autour de l'étoile.

Qu'est-ce que TESS ?
TESS est la dernière mission d'exoplanètes de la NASA conçue pour trouver des milliers d'exoplanètes transitoires. TESS est un télescope spatial qui mesure la luminosité de millions d'objets lumineux dans le ciel, créant un ensemble de données qui sera un défi à comprendre pleinement sans l'aide des scientifiques citoyens. TESS observe depuis 2018, couvrant le ciel avec des secteurs d'environ 30 jours par hémisphère, par an. Vous pouvez voir un mois d'observations de TESS ici. La mission a déjà trouvé des milliers de candidats exoplanètes transitoires -- et devrait en trouver beaucoup d'autres -- en détectant de petits creux dans la luminosité des étoiles lointaines produits par des planètes en orbite bloquant une petite partie du disque stellaire correspondant -- exactement comme Vénus transitant le Soleil vu depuis la Terre.

TESS est-elle la première mission de ce type ?
Non ! Il y a eu d'autres missions avant TESS, comme Kepler. Kepler et TESS sont similaires dans leur but -- trouver des planètes en dehors du Système Solaire -- mais diffèrent dans leur conception et leurs objectifs. Par exemple, Kepler a observé une petite portion du ciel pour détecter des exoplanètes transitoires pendant quatre années consécutives (et a découvert plus de 4 000 d'entre elles) avec un miroir de 1,4 m de diamètre, tandis que TESS explore tout le ciel avec quatre miroirs de 10,5 cm en observant une section particulière du ciel pendant environ un mois avant de passer à une autre section. La taille plus petite du miroir du télescope rend notre quête plus difficile car elle induit plus intensément un effet adverse connu sous le nom de “confusion de sources” (décrit ci-dessous).

Après la défaillance de deux gyroscopes sur le télescope spatial Kepler, celui-ci a été reconverti en une nouvelle mission, appelée "K2", qui a exploré une autre partie du ciel. Les scientifiques citoyens dans le projet Planet Hunters et le projet Exoplanet Explorers ont aidé à analyser les données des missions Kepler et K2 de la NASA, et ont découvert des dizaines de nouvelles exoplanètes, y compris des objets rares et intrigants comme une planète avec quatre soleils dans le ciel, ou l'étoile de Boyajian.

Dans notre projet sœur Planet Patrol, les scientifiques citoyens ont examiné des milliers de candidats exoplanètes TESS dans différents catalogues, identifié des centaines d'imposteurs et contribué à affiner le processus d'analyse.

Qu'est-ce que la "confusion de sources" ?
L'un des problèmes les plus courants associés aux observations astronomiques est l'effet de "confusion de sources". Vous avez probablement remarqué cet effet lorsque vous êtes sur la route la nuit. De très loin, une voiture qui approche semble être un seul point de lumière -- vous ne pouvez pas voir les deux phares. Pour distinguer les deux points de lumière séparément, vous devez soit attendre que la voiture se rapproche suffisamment, soit utiliser des yeux beaucoup plus grands.

De même, lorsqu'il y a plusieurs étoiles (ou galaxies) proches les unes des autres dans le ciel, il peut être difficile de les distinguer sur les images des télescopes et une source peut facilement être confondue avec une autre. Plus le miroir du télescope est petit, plus le problème est grave. Cette confusion est une source majeure de bruit pour TESS et une raison importante pour laquelle nous avons besoin de l'aide des scientifiques citoyens pour déchiffrer les données de TESS.

Voici un exemple de confusion de sources, montrant deux images de la même étoile (KOI-258) mais prises avec deux télescopes différents -- un avec un miroir de 1,4 m de diamètre (Kepler) et un autre avec un miroir de 6,5 m de diamètre (MMT). Ce que Kepler voit comme une seule étoile

(à gauche) est en fait trois étoiles !

Considérons ce scénario : si nous n'avions que l'image de gauche et que nous remarquions que la luminosité de l'étoile cible change périodiquement, cela pourrait indiquer une potentielle planète transitoire ! Cependant, avec les informations supplémentaires fournies par l'image de droite, nous devrions déterminer laquelle des trois étoiles cause ces fluctuations de luminosité. Est-ce une petite planète orbitant autour d'une étoile brillante, comme le suggérerait l'image de gauche, ou pourrait-il s'agir d'une étoile binaire éclipsante se cachant en arrière-plan, comme l'indique l'image de droite ? Alternativement, pourrait-il s'agir de quelque chose de complètement différent ?

Dans le cas de KOI-258, il s'est avéré que la cible est en réalité une étoile binaire éclipsante, et non une étoile hébergeant une planète transitoire.

Maintenant, imaginez pointer le télescope de 10,5 cm de TESS sur KOI-258. Nous serions confrontés à un véritable défi pour trier ce qui est ce qui dans ce chaos cosmique ! Chez Eclipsing Binary Patrol, nous relèverons ce défi ensemble.

Vous voulez en savoir plus ? Il y a beaucoup plus d'informations sur notre page des Questions Fréquemment Posées !