Les chercheurs ont découvert pourquoi certaines étoiles naines blanches arrêtent de se refroidir, remettant en question les connaissances antérieures et affectant la façon dont les astronomes déterminent l’âge des étoiles. Cette découverte, issue du comportement des cristaux solides au sein des étoiles, incite à réévaluer l’évaluation de l’âge des étoiles et les théories de la formation des galaxies. Crédit : Issues.fr.com
De nouvelles recherches révèlent que nain blanc les étoiles cessent de se refroidir en raison des cristaux flottants à l’intérieur, offrant ainsi un aperçu des processus de vieillissement stellaire.
Dans un article publié le 6 mars dans Nature, chercheurs de l’Institute for Advanced Study ; l’Université de Victoria, Canada ; et le Université de Warwickau Royaume-Uni, ont proposé une nouvelle théorie expliquant pourquoi une population intrigante d’étoiles naines blanches a cessé de se refroidir pendant dix milliards d’années.
Ouvrez n’importe quel manuel d’astronomie à la section sur les étoiles naines blanches et vous apprendrez probablement qu’il s’agit d’« étoiles mortes » qui se refroidissent continuellement avec le temps. Le refroidissement se produit parce que les naines blanches ont épuisé leur source de chaleur nucléaire. Dans l’image classique, cela provoque la densité plasma à l’intérieur d’une naine blanche pour geler, conduisant l’étoile à se solidifier de l’intérieur vers l’extérieur.
Repenser la physique des étoiles naines blanches
Cependant, une analyse des données du Agence spatiale européennec’est Gaïa satellite, publié en 2019 par Sihao Cheng, Martin A. et Helen Chooljian, membre de l’École des sciences naturelles de l’Institut, contredit cette image standard. Elle a montré que certaines naines blanches restent chaudes pendant plusieurs milliards d’années (une grande partie de l’âge de l’Univers). Cette découverte avait déconcerté les théoriciens, mais le nouvel article publié aujourd’hui pourrait fournir une explication convaincante.
« Pour que ces naines blanches cessent de se refroidir, elles doivent produire de l’énergie supplémentaire », explique Cheng, qui a également contribué à l’étude. Nature papier. « Même si nous étions initialement incertains quant à la nature possible de ce processus, nous comprenons désormais mieux comment il se produit. »
Cette compréhension a été développée grâce à une collaboration entre Cheng, Antoine Bédard de l’Université de Warwick et Simon Blouin de l’Université de Victoria.
Représentation de l’étoile naine blanche V391 Peg. Crédit : Chris Laurel, Celestia
Ils proposent que chez certaines naines blanches, le plasma dense à l’intérieur ne gèle pas simplement de l’intérieur vers l’extérieur. Au lieu de cela, les cristaux solides formés lors de la congélation sont moins denses que le liquide et commencent donc à flotter vers la surface. Lorsque les cristaux flottent vers le haut, ils déplacent le liquide le plus lourd vers le bas. Le transport de matériaux plus denses vers le centre de l’étoile libère de l’énergie gravitationnelle, et cette énergie est suffisante pour interrompre le processus de refroidissement de l’étoile pendant des milliards d’années.
« Un aspect fascinant de cette découverte est que la physique impliquée est similaire à quelque chose que nous observons dans la vie quotidienne : les cristaux gelés à l’intérieur de l’étoile naine blanche flottent au lieu de couler. Nous pourrions comparer leur comportement à celui des glaçons flottant dans l’eau », explique Cheng.
La raison pour laquelle cela se produit chez certaines naines blanches et pas dans d’autres est incertaine, mais les auteurs pensent que cela est probablement dû à la composition de l’étoile.
« Certaines étoiles naines blanches sont formées par la fusion de deux étoiles différentes. Lorsque ces étoiles entrent en collision pour former la naine blanche, la composition de l’étoile change de manière à permettre la formation de cristaux flottants », explique Blouin.
Implications de la découverte
Les naines blanches sont couramment utilisées comme indicateurs d’âge : plus une naine blanche est froide, plus on suppose qu’elle est âgée. Cependant, en raison du retard supplémentaire de refroidissement constaté chez certaines naines blanches, certaines étoiles d’une température donnée peuvent être des milliards d’années plus vieilles qu’on ne le pensait auparavant. Mieux comprendre l’âge et d’autres aspects des étoiles naines blanches aidera les scientifiques à reconstruire la formation de notre galaxie.
« Notre travail nécessitera une mise à jour des manuels d’astronomie », ajoute Cheng. « Nous espérons que cela incitera également les astronomes à réévaluer les méthodes utilisées pour calculer l’âge des populations stellaires. »
La recherche est soutenue par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), le programme de bourses postdoctorales Banting, le Conseil européen de recherches, l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) et le Fonds pour les sciences naturelles de l’Institut d’études avancées.
