Nous avons la première preuve directe de la destruction violente d’une planète par une naine blanche

Les trous noirs sont peut-être bien connus pour leurs tendances gloutonnes, mais ils ne sont pas les seules étoiles mortes capables de dévorer des objets de passage.

Impression d’artiste de l’accrétion de G 29-38. (Université de Warwick/Mark Garlick)

Depuis des années, les preuves s’accumulent que les étoiles naines blanches ont également un penchant pour le grignotage – et sur leurs propres planètes, pas moins.

Aujourd’hui, pour la première fois, les astronomes ont surpris un tel repas cronien en action, trahi par l’éruption des rayons X lorsque la matière de la planète tombe sur le noyau stellaire.

“Nous avons enfin vu de la matière pénétrer dans l’atmosphère de l’étoile”, explique l’astrophysicien Tim Cunningham de l’Université de Warwick au Royaume-Uni.

“C’est la première fois que nous sommes en mesure de dériver un taux d’accrétion qui ne dépend pas de modèles détaillés de l’atmosphère de la naine blanche.”

Les naines blanches, tout comme les étoiles à neutrons et les trous noirs, sont les noyaux effondrés d’étoiles qui ont atteint la fin de leur séquence de vie principale lorsqu’elles n’avaient plus de combustible pour la fusion nucléaire. Ce qui les différencie est la masse : les naines blanches sont les noyaux d’étoiles précurseurs dont la masse peut atteindre huit fois celle du Soleil ; les étoiles à neutrons et les trous noirs proviennent d’étoiles plus massives.

À la fin de sa vie, une étoile mourante éjecte la majeure partie de sa matière externe. Néanmoins, des exoplanètes ont été repérées en orbite autour de naines blanches. Et, ces dernières années, les astronomes ont repéré des signes indiquant que les naines blanches pouvaient également accréter (ou former) des exoplanètes.

Dans l’atmosphère de ces étoiles mortes, nous avons observé des traces d’éléments vraiment surprenants comme le fer, le calcium et le magnésium. Ces éléments sont suffisamment lourds pour qu’ils aient dû disparaître, s’enfonçant dans l’intérieur dense de la naine blanche. De telles naines blanches sont dites “polluées”, et l’étude de leurs exoplanètes dévorées, basée sur l’analyse spectroscopique de la lumière des étoiles, est connue sous le nom de nécroplanétologie.

“Auparavant, les mesures des taux d’accrétion utilisaient la spectroscopie et dépendaient des modèles de naines blanches”, explique Cunningham.

“Il s’agit de modèles numériques qui calculent la vitesse à laquelle un élément s’enfonce de l’atmosphère dans l’étoile, ce qui vous indique la quantité qui tombe dans l’atmosphère en tant que taux d’accrétion. Vous pouvez ensuite travailler à rebours et déterminer quelle quantité d’un élément se trouvait dans le corps parent, qu’il s’agisse d’une planète, d’une lune ou d’un astéroïde.”

Ces nouveaux travaux sont différents. Plutôt que de détecter des éléments dans l’atmosphère de la naine blanche, l’équipe a détecté la lumière à haute énergie émise lorsque la matière de l’exoplanète rompue est entrée en collision avec l’étoile.

Lorsqu’un objet compact tel qu’une naine blanche ou un trou noir accrète un autre objet, ce n’est pas un événement propre. Tout d’abord, le corps en orbite subit une perturbation tidale, c’est-à-dire que les contraintes gravitationnelles, lorsqu’il se rapproche trop de l’étoile morte, déchirent l’objet. Ensuite, ce flux orbital de matière (dans ce cas, les entrailles de l’exoplanète) se déverse dans l’étoile à partir d’un disque pour un événement d’accrétion prolongé.

Lorsque la matière de l’exoplanète morte s’écrase sur l’étoile à une vitesse suffisamment élevée, elle génère un choc de plasma, chauffé à des températures comprises entre 100 000 et 1 million de Kelvin (environ 100 000 à 1 million de degrés Celsius, ou 180 000 à 1,8 million de degrés Fahrenheit). Cette matière se dépose ensuite sur la surface de la naine blanche et se refroidit, émettant des rayons X au passage.

Cunningham et son équipe ont utilisé l’observatoire Chandra X-Ray, qui sert à détecter les rayons X provenant des trous noirs et des étoiles à neutrons en accrétion, pour étudier une naine blanche polluée nommée G 29-38, située à 57 années-lumière. On pense qu’elle est relativement jeune, puisqu’elle s’est effondrée il y a seulement 600 millions d’années. Des études précédentes suggèrent également que la naine blanche est entourée d’un disque de débris et que son atmosphère contient des éléments lourds.

Grâce à Chandra, les chercheurs ont pu isoler G 29-38 des autres sources de rayons X dans le ciel ; ils ont trouvé le signal de rayons X généré par l’accrétion. Ce résultat confirme enfin que les naines blanches sont effectivement des objets assez violents, et donne aux astronomes un nouvel outil pour sonder ces interactions fascinantes.

“Ce qui est vraiment passionnant dans ce résultat, c’est que nous travaillons à une longueur d’onde différente, les rayons X, et cela nous permet de sonder un type de physique complètement différent”, explique Cunningham.

“Cette détection fournit la première preuve directe que les naines blanches accrètent actuellement les restes d’anciens systèmes planétaires. Cette détection fournit la première preuve directe que des naines blanches sont actuellement en train d’accréter les restes d’anciens systèmes planétaires. Sonder l’accrétion de cette manière fournit une nouvelle technique par laquelle nous pouvons étudier ces systèmes, offrant un aperçu du destin probable des milliers de systèmes exoplanétaires connus, y compris notre propre système solaire.”

Les recherches ont été publiées dans Nature.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche