Les étoiles mortes, appelées naines blanches, ont une masse semblable à celle du soleil tout en étant de taille similaire à celle de la Terre. Elles sont courantes dans notre galaxie, puisque 97 % des étoiles sont des naines blanches. Alors que les étoiles atteignent la fin de leur vie, leurs noyaux s’effondrent pour former la boule dense d’une naine blanche, faisant ressembler notre galaxie à un cimetière éthéré.
Malgré leur prévalence, la composition chimique de ces restes stellaires constitue depuis des années une énigme pour les astronomes. La présence d’éléments lourds, comme le silicium, le magnésium et le calcium, à la surface de bon nombre de ces objets compacts est une découverte déroutante qui défie nos attentes en matière de comportement stellaire.
"Nous savons que si ces métaux lourds sont présents à la surface de la naine blanche, celle-ci est suffisamment dense pour qu'ils coulent très rapidement vers le noyau", explique Tatsuya Akiba, étudiant diplômé de la JILA. "Donc, vous ne devriez voir aucun métal à la surface d'une naine blanche à moins que la naine blanche ne consomme activement quelque chose."
Même si les naines blanches peuvent consommer divers objets proches, tels que des comètes ou des astéroïdes (appelés planétésimaux), les subtilités de ce processus doivent encore être pleinement explorées. Cependant, ce comportement pourrait détenir la clé pour percer le mystère de la composition métallique d'une naine blanche, conduisant potentiellement à des révélations sur la dynamique des naines blanches.
Dans les résultats rapportés dans un nouvel article paru dans The Astrophysical Journal Letters, Akiba, ainsi que Ann-Marie Madigan, boursière du JILA et professeure d'astrophysique et de planètes de l'Université du Colorado à Boulder, et Selah McIntyre, étudiante de premier cycle, pensent avoir trouvé une raison pour laquelle ces zombies stellaires mangent leurs planétésimaux proches. À l'aide de simulations informatiques, les chercheurs ont simulé création d'une naine blanche subissant un effondrement du coeur d'une étoile en supernovæ ("natal kick") causé par une perte de masse asymétrique, modifiant son mouvement et la dynamique de tout matériau environnant.
Dans 80 % de leurs tests, les chercheurs ont observé que, dès le "natal kick", les orbites des comètes et des astéroïdes situés dans une plage de 30 à 240 UA de la naine blanche (correspondant à la distance Soleil-Neptune et au-delà) s'allongeaient et s'alignaient. De plus, environ 40 % des planétésimaux consommés ultérieurement proviennent d’orbites contrarotatives (rétrogrades).
Les chercheurs ont également étendu leurs simulations pour examiner la dynamique de la naine blanche après 100 millions d'années. Ils ont découvert que les planétésimaux proches de la naine blanche avaient toujours des orbites allongées et se déplaçaient comme une unité cohérente, un résultat jamais vu auparavant.
"C'est quelque chose qui, à mon avis, est unique dans notre théorie : nous pouvons expliquer pourquoi les événements d'accrétion durent si longtemps", déclare Madigan. "Alors que d'autres mécanismes peuvent expliquer un événement d'accrétion originel, nos simulations montrent pourquoi cela se produit encore des centaines de millions d'années plus tard."
Ces résultats expliquent pourquoi les métaux lourds se trouvent à la surface d’une naine blanche, cette naine blanche consommant continuellement des objets plus petits sur son passage.
Tout est question de gravité
Alors que le groupe de recherche de Madigan au JILA se concentre sur la dynamique gravitationnelle, l’examen de la gravité entourant les naines blanches semblait être un objectif d’étude naturel.
"Les simulations nous aident à comprendre la dynamique de différents objets astrophysiques", explique Akiba. "Donc, dans cette simulation, nous jetons un groupe d'astéroïdes et de comètes autour de la naine blanche, qui est nettement plus grande, et voyons comment la simulation évolue et lesquels de ces astéroïdes et comètes la naine blanche consomme."
Les chercheurs espèrent étendre leurs simulations à plus grande échelle dans de futurs projets, en étudiant comment les naines blanches interagissent avec des planètes plus grandes.
Comme l'explique Akiba, "D'autres études ont suggéré que les astéroïdes et les comètes, les petits corps, pourraient ne pas être la seule source de pollution métallique à la surface de la naine blanche. Ainsi, les naines blanches pourraient consommer quelque chose de plus gros, comme une planète."
En savoir plus sur la formation du système solaire
Ces nouvelles découvertes en révèlent davantage sur la formation des naines blanches, ce qui est important pour comprendre comment les systèmes solaires évoluent au fil des millions d’années. Ils contribuent également à faire la lumière sur les origines et l’évolution future de notre système solaire, en révélant davantage sur la chimie impliquée.
"La grande majorité des planètes de l'univers finiront par tourner autour d'une naine blanche", explique Madigan. "Il se pourrait que 50 % de ces systèmes soient consommés par leur étoile, y compris notre propre système solaire. Nous disposons désormais d'un mécanisme pour expliquer pourquoi cela se produirait."
"Les planétésimaux peuvent nous donner un aperçu d'autres systèmes solaires et compositions planétaires au-delà de l'endroit où nous vivons dans notre région solaire", ajoute McIntyre. "Les naines blanches ne sont pas seulement une lentille vers le passé. Elles sont aussi une sorte de lentille vers le futur."
Plus d'informations : Tatsuya Akiba et al, Perturbation des marées des planétésimaux à partir d'un disque de débris excentriques suite à un "natal kick" d'une naine blanche, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad394c
Informations sur la revue : Lettres du journal astrophysique
Fourni par JILA
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