Les astronomes de l'Université de Warwick ont révélé des preuves convaincantes qu'un nain blanc à proximité est en fait le reste de deux étoiles fusionnant – une rare découverte stellaire révélée par le télescope spatial Hubble Observations ultraviolets de carbone dans l'atmosphère chaude de l'étoile.
Les nains blancs sont les noyaux denses laissés derrière lorsque les étoiles épuisent leur carburant et s'effondrent. Ce sont des braises stellaires de la taille de la Terre pesant généralement la moitié que le soleil, composées de noyaux de carbone-oxygène avec des couches de surface d'hélium et d'hydrogène. Alors que les nains blancs sont communs dans l'univers, ceux qui ont une masse exceptionnellement élevée (pesant plus que le soleil) sont rares et énigmatiques.
Dans un article publié dans Astronomie naturelleWarwick Astronomères rapportent leurs enquêtes sur une naine blanche de masse élevée connue à 130 années-lumière des années-lumière, appelée WD 0525 + 526. Avec une masse de 20% plus grande que notre Soleil, WD 0525 + 526 est considéré comme «ultra-massive», et la façon dont cette étoile est devenue n'est pas entièrement comprise.
Une telle naine blanche pourrait se former à partir de l'effondrement d'une étoile massive. Cependant, les données ultraviolets du télescope spatial Hubble ont révélé que WD 0525 + 526 a de petites quantités de carbone qui s'élevait de son noyau dans son atmosphère riche en hydrogène – la suggestion de ce nain blanc ne provenait pas d'une seule étoile massive.
« Dans la lumière optique (le genre de lumière que nous voyons avec nos yeux), WD 0525 + 526 ressemble à une naine blanche lourde mais autrement ordinaire », a déclaré le premier auteur, le Dr Snehalata Sahu, chercheur à l'Université de Warwick. « Cependant, grâce à des observations ultraviolets obtenues avec Hubble, nous avons pu détecter de faibles signatures de carbone qui n'étaient pas visibles pour les télescopes optiques.
« Trouver de petites quantités de carbone dans l'atmosphère est un signe révélateur que cette naine blanche massive est susceptible d'être le reste d'une fusion entre deux étoiles en collision. Il nous dit également qu'il peut y avoir beaucoup plus de restes de fusion comme cette mascarading car les observations ultraviolets pur-hydrogènes ne nous révéleraient pas. »
Normalement, l'hydrogène et l'hélium forment une enveloppe épaisse en forme de barrière autour d'un noyau nain blanc, gardant des éléments comme le carbone caché. Dans une fusion de deux étoiles, les couches d'hydrogène et d'hélium peuvent brûler presque complètement à mesure que les étoiles se combinent.
L'étoile unique résultante a une enveloppe très fine qui n'empêche plus le carbone d'atteindre la surface – c'est exactement ce qui se trouve sur WD 0525 + 526.
Antoine Bédard, Warwick Prize Fellow in the Astronomy and Astrophysics Group de Warwick et co-primitif auteur, a déclaré: « Nous avons mesuré les couches d'hydrogène et d'hélium à dix milliards de fois plus minces que dans les nains blancs typiques. Nous pensons que ces couches ont été dépouillées dans la fusion, et c'est maintenant ce qui permet maintenant à la carbone de paraître à la surface.
« Mais ce reste est également inhabituel: il a environ 100 000 fois moins de carbone à sa surface par rapport aux autres restes de fusion. Le niveau de faible carbone, ainsi que la température élevée de l'étoile (presque quatre fois plus chaud que le Soleil), nous indique WD 0525 + 526 est beaucoup plus tôt dans son évolution post-fusion que celles précédemment trouvées.
« Cette découverte nous aide à établir une meilleure compréhension du sort des systèmes d'étoiles binaires, ce qui est essentiel pour les phénomènes connexes comme les explosions de supernova. »
Ajouter au mystère est la façon dont le carbone atteint la surface dans cette étoile beaucoup plus chaude. Les autres restes de fusion sont plus tard dans leur évolution et suffisamment fraîches pour que la convection apporte du carbone à la surface. Mais WD 0525 + 526 est beaucoup trop chaud pour ce processus.
Au lieu de cela, l'équipe a identifié une forme plus subtile de mélange appelé Semiconvection, vue ici pour la première fois dans un nain blanc. Ce processus permet à de petites quantités de carbone de s'élever lentement dans l'atmosphère riche en hydrogène de l'étoile.
« Trouver des preuves claires de fusions dans les naines blanches individuelles est rare », a ajouté le professeur Boris Gänsicke, Département de physique de l'Université de Warwick, qui a obtenu les données Hubble pour cette étude.
« Mais la spectroscopie ultraviolette nous donne la possibilité de détecter ces signes tôt, lorsque le carbone est toujours invisible aux longueurs d'onde optiques. Parce que l'atmosphère de la Terre bloque la lumière ultraviolette, ces observations doivent être effectuées de l'espace, et actuellement seul Hubble peut faire ce travail.
« Hubble vient d'avoir 35 ans, et tout en étant fort, il est très important que nous commencions à planifier un nouveau télescope spatial qui finira par le remplacer. »
Alors que WD 0525 + 526 continue d'évoluer et de refroidir, il est prévu que davantage de carbone émerge à sa surface au fil du temps. Pour l'instant, sa lueur ultraviolette offre un aperçu rare de la première étape des conséquences d'une fusion stellaire – et une nouvelle référence sur la façon dont les étoiles binaires mettent fin à leur vie.
