De nouvelles recherches remettent en question la vision traditionnelle des naines blanches comme de simples restes d’étoiles mortes en expliquant la luminosité prolongée des naines blanches retardées. Crédit : Issues.fr.com
Les chercheurs ont découvert pourquoi certaines naines blanches restent lumineuses pendant des milliards d’années : un processus central au cours duquel des cristaux plus légers s’élèvent et des liquides plus denses coulent, équilibrant l’énergie et maintenant la luminosité de la surface.
Votre manuel d’astronomie pourrait décrire les naines blanches comme les restes froids et relativement inintéressants d’étoiles mortes. Cette perspective est remise en question par l’existence jusqu’alors inexpliquée de naines blanches retardées, qui défient les attentes en brillant aussi brillamment que certaines étoiles familières de la séquence principale pendant des milliards d’années.
Nouvelle recherche de Simon Blouin avec des co-auteurs du Université de Warwick et l’Institute for Advanced Study de Princeton, dans le New Jersey, révèle que dans le noyau de ces étoiles au comportement étrange, des cristaux de faible densité se forment et flottent tandis que des liquides plus denses contenant de lourdes impuretés coulent. Ce processus de distillation solide-liquide interrompt le refroidissement pendant des milliards d’années et explique toutes les propriétés observées de la population inhabituelle de naines blanches retardées.
Cycle de vie stellaire et refroidissement des naines blanches
Le cycle de vie d’une étoile commence dans une nébuleuse gazeuse, où la gravité commence à rassembler la matière jusqu’à ce qu’elle soit assemblée en quantités telles que le nouveau noyau du soleil commence à fusionner les noyaux d’hydrogène et à déverser de la lumière dans l’univers. Finalement, la plupart des étoiles épuisent leur combustible nucléaire, se débarrassent de leurs couches externes pour former une nébuleuse planétaire et finissent par devenir des naines blanches de la taille de la Terre dans lesquelles la fusion n’a plus lieu.
Sans source de combustible pour la fusion, on s’attendait à ce que ces étoiles se refroidissent simplement pour le reste du temps. Ces hypothèses sur le refroidissement alimentent les estimations du nain blancl’âge, influençant à son tour notre compréhension de la formation de notre voie Lactée.
Gaia, exploité par l’Agence spatiale européenne (ESA), surveille le ciel depuis l’orbite terrestre pour créer la carte tridimensionnelle la plus grande et la plus précise de notre Galaxie. Cette image montre la vue panoramique du ciel de la Voie lactée par Gaia, basée sur des mesures de près de 1,7 milliard d’étoiles. Crédit : ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO
Observations et résultats de recherche par satellite Gaia
L’attente d’un refroidissement des naines blanches se heurte aux données d’observation du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne, qui ont montré en 2019 qu’une population de naines blanches était apparemment capable d’arrêter de se refroidir pendant plus de huit milliards d’années, soit près de deux fois l’âge de la Terre et plus de la moitié de l’âge de l’univers depuis le Big Bang.
Les découvertes de Blouin et de ses collaborateurs expliquent la lueur durable des naines blanches par le « processus de distillation » (des cristaux de lumière se forment et flottent tandis que des liquides plus denses descendent), qui provoque la libération d’énergie gravitationnelle. L’énergie produite par ce processus équilibre presque exactement l’énergie rayonnée vers l’espace par la naine blanche, rendant sa luminosité et sa température de surface essentiellement constantes.
« À l’avenir », explique Blouin, « il sera important de prendre en compte ce mécanisme lors de l’utilisation des naines blanches comme horloges cosmiques pour mesurer l’âge des étoiles. »
Contributions de Simon Blouin
Simon Blouin est chercheur national à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) et travaille à l’Université de Victoria avec le professeur Falk Herwig. Blouin a obtenu son doctorat en physique à l’Université de Montréal en 2019 avant de compléter des bourses postdoctorales au Laboratoire national américain de Los Alamos et à l’Université de Victoria. Son travail utilise une grande variété de techniques de simulation pour améliorer les modèles de naines blanches. Cela améliore la capacité des physiciens et des astronomes à utiliser ces étoiles comme horloges cosmiques précises qui aident à déduire l’histoire de la formation des étoiles dans notre galaxie, la Voie lactée.
Avec ses dernières recherches, qui viennent d’être publiées dans NatureBlouin et ses collaborateurs identifient le mécanisme qui maintient les naines blanches retardées au chaud pendant des milliards d’années, expliquant ainsi la seconde vie stellaire des naines blanches.
Antoine Bédard, co-auteur de l’article, est boursier postdoctoral du CRSNG à l’Université de Warwick, au Royaume-Uni. Il a obtenu son doctorat en physique de l’Université de Montréal en 2022.
Simon Blouin est chercheur national à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) et travaille à l’Université de Victoria avec le professeur Falk Herwig. Blouin a obtenu son doctorat en physique à l’Université de Montréal en 2019 avant de compléter des bourses postdoctorales au Laboratoire national américain de Los Alamos et à l’Université de Victoria.
Sihao Cheng, auteur collaborateur de l’article et découvreur de l’anomalie de refroidissement en 2019, est membre postdoctoral de l’Institute for Advanced Study de Princeton. Il a obtenu son doctorat à l’Université Johns Hopkins en 2021.
