Découverte du système quadruple de type 3+1 le plus compact TIC 120362137

Un Système Solaire à Quatre Soleils

Imaginez remplacer notre unique Soleil par quatre étoiles, toutes entassées dans un espace plus petit que l’orbite de Jupiter. C’est ce qu’ont découvert des astronomes dans un coin lointain de la constellation du Cygne : le système de quatre étoiles le plus compact connu, dans une configuration particulière dite « 3+1 ». Étudier cette danse stellaire étroitement orchestrée aide les scientifiques à comprendre comment se forment, interagissent et meurent les systèmes stellaires multiples, et peut même éclairer la formation de certains objets exotiques comme des paires de noyaux stellaires morts.

Quatre Étoiles dans un Tout Petit Voisinage

Le système, nommé TIC 120362137, est ce que les astronomes appellent un quadruple hiérarchique. Deux étoiles forment une paire éclipsante serrée qui orbite l’une autour de l’autre tous les 3,28 jours. Une troisième étoile gravite autour de cette paire intérieure tous les 51,3 jours, et ces trois étoiles sont ensemble confinées dans une région comparable à l’orbite de Mercure autour du Soleil. Une quatrième étoile, semblable au Soleil, entoure ce triplet compact en environ 2,9 ans, sur une trajectoire qui se situe bien à l’intérieur d’une distance comparable à l’orbite de Jupiter dans notre système solaire. Malgré quatre orbites distinctes, l’ensemble du système est remarquablement plat et ordonné : tous les plans orbitaux sont alignés à seulement quelques degrés près, ce qui suggère que les quatre étoiles sont nées du même disque mince et en rotation de gaz et de poussière.

Comment les Astronomes ont Repéré les Partenaires Cachés

L’histoire a commencé avec le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, qui surveille de larges zones du ciel à la recherche de petites baisses d’éclat des étoiles. TESS a observé des éclipses régulières et nettes tous les 3,28 jours, révélant une binaire serrée où une étoile passe devant l’autre. Mais la courbe de lumière montrait aussi des obscurcissements plus rares et plus longs, durant un à deux jours : des éclipses supplémentaires où la paire intérieure et la troisième étoile se couvrent alternativement. En chronométrant soigneusement ces événements et en suivant de subtiles variations dans les instants exacts des éclipses, les astronomes ont déduit la présence d’une troisième étoile en orbite de 51,3 jours. Plus étonnant encore, des variations lentes supplémentaires des temps d’éclipse laissaient entrevoir que la gravité d’une quatrième étoile invisible tirait sur le trio intérieur.

Peser et Mesurer les Quatre Étoiles

Pour confirmer la véritable nature du système, l’équipe a organisé une campagne mondiale de télescopes au sol. Ils ont enregistré davantage d’éclipses avec des filtres de couleurs différentes et ont pris des spectres à haute résolution, décomposant la lumière stellaire en longueurs d’onde. En utilisant des techniques informatiques sophistiquées capables de démêler des raies spectrales qui se chevauchent, ils ont détecté séparément les signatures des quatre étoiles et mesuré la vitesse à laquelle chacune se rapproche ou s’éloigne de la Terre. En combinant ces courbes de vitesse radiale avec les courbes de lumière TESS et au sol dans un seul modèle « spectro‑photodynamique », ils ont pu déterminer les masses, tailles, températures et orbites des étoiles avec une précision remarquable — souvent meilleure qu’un pourcent.

Un Système Poussé aux Limites de la Stabilité

Les trois étoiles intérieures sont toutes plus chaudes et plus massives que le Soleil : l’étoile primaire pèse environ 1,75 fois la masse solaire et a déjà commencé à évoluer hors de la séquence principale, tandis que sa compagne et la troisième étoile ont des masses d’environ 1,36 et 1,48 masses solaires. La quatrième étoile externe est très semblable au Soleil, avec une masse proche d’une masse solaire et une température de surface comparable. Malgré leur agencement confiné, le système réussit les tests d’usage pour la stabilité gravitationnelle à long terme, et sa configuration actuelle semble avoir survécu pendant plus d’un milliard d’années. Les orbites serrées rendent les interactions gravitationnelles suffisamment fortes pour que leurs trajectoires précessent et oscillent lentement de façons mesurables, offrant un laboratoire naturel pour tester les théories de la dynamique des systèmes stellaires multiples.

De Quatre Soleils Brillants à Deux Braises Faibles

En utilisant des calculs modernes d’évolution stellaire, les auteurs ont aussi exploré l’avenir lointain de TIC 120362137. À mesure que les étoiles les plus massives gonflent en géantes et commencent à transférer de la matière à leurs compagnes, les orbites devraient se resserrer et se réarranger. Au fil du temps, les échanges de masse et les vents stellaires devraient dépouiller les étoiles de leurs couches extérieures. Les simulations suggèrent qu’après une série complexe d’interactions et probablement de fusions, les quatre étoiles d’origine finiront par ne former que deux naines blanches denses en orbite l’une autour de l’autre. Autrement dit, ce système quadruple exceptionnellement compact devrait achever sa vie sous la forme d’une binaire rapprochée de vestiges stellaires — une issue qui aide à expliquer comment certaines paires serrées d’étoiles mortes observées ailleurs dans la galaxie ont pu se former.

Citation: Borkovits, T., Rappaport, S.A., Chen, HL. et al. Discovery of the most compact 3+1-type quadruple star system TIC 120362137. Nat Commun 17, 1859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69223-4

Mots-clés: système d’étoiles quadruple, binaire éclipsante, dynamique des étoiles multiples, observations TESS, évolution des naines blanches