Que sont les étoiles naines blanches? | Astronomy Essentials
Agrandir limage. | La Nébuleuse de lAnneau (M57) dans la constellation de la Lyre montre les dernières étapes dune étoile comme notre soleil. Le point blanc au centre de cette nébuleuse est une naine blanche; il éclaire le nuage de gaz qui séloignait autrefois de létoile. Les couleurs identifient divers éléments comme lhydrogène, lhélium et loxygène. Image via léquipe Hubble Heritage (AURA / STScI / NASA).
Les naines blanches sont les restes chauds et denses détoiles mortes depuis longtemps. Ce sont les noyaux stellaires laissés après quune étoile a épuisé son approvisionnement en carburant et soufflé son gros de gaz et de poussière dans lespace. Ces objets exotiques marquent la dernière étape de lévolution de la plupart des étoiles de lunivers – y compris notre soleil – et éclairent la voie vers une compréhension plus profonde de lhistoire cosmique.
Une seule naine blanche contient à peu près la masse de notre soleil dans un volume pas plus grand que notre planète. Leur petite taille rend les naines blanches difficiles à trouver. Aucune naine blanche ne peut être vue à lœil nu.
La lumière quelles génèrent provient de la libération lente et régulière de quantités prodigieuses dénergie stockées après des milliards dannées passées en tant que centrale nucléaire dune étoile.
Les nains blancs naissent lorsquune étoile séteint. Une étoile passe la majeure partie de sa vie dans un équilibre précaire entre la gravité et la pression du gaz vers lextérieur. Le poids de quelques octillions de tonnes de gaz pressant le noyau stellaire entraîne des densités et des températures suffisamment élevées pour déclencher la fusion nucléaire: la fusion de noyaux dhydrogène pour former de lhélium. La libération constante dénergie thermonucléaire empêche létoile de seffondrer sur elle-même.
Une fois que létoile na plus dhydrogène en son centre, létoile se transforme en fusionnant lhélium en carbone et en oxygène. La fusion dhydrogène se déplace vers une coque entourant le noyau. Létoile gonfle et devient une géante rouge. Pour la plupart des étoiles – notre soleil inclus – cest le début de la fin. Au fur et à mesure que létoile se dilate et que les vents stellaires soufflent à une vitesse de plus en plus féroce, les couches extérieures de létoile échappent à lattraction implacable de la gravité.
Alors que létoile géante rouge sévapore, elle laisse derrière elle son noyau. Le noyau exposé est une naine blanche nouvellement née.
Image du télescope spatial Hubble de létoile la plus brillante du ciel Sirius (au milieu) et son pâle compagnon nain blanc, Sirius B (en bas à gauche). Image via NASA / ESA / H. Bond (STScI) / M. Barstow (Université de Leicester).
La naine blanche se compose dun ragoût exotique de noyaux dhélium, de carbone et doxygène nageant dans une mer délectrons hautement énergétiques. La pression combinée des électrons maintient la naine blanche, empêchant un nouvel effondrement vers une entité encore plus étrange comme une étoile à neutrons ou un trou noir.
La naine blanche infantile est incroyablement chaude et baigne lespace environnant dune lueur de la lumière ultraviolette et des rayons X. Une partie de ce rayonnement est interceptée par les sorties de gaz qui ont quitté les limites de létoile maintenant morte. Le gaz réagit en fluorescent avec un arc-en-ciel de couleurs appelé nébuleuse planétaire. Ces nébuleuses – comme la Nébuleuse de lAnneau dans la constellation de la Lyre la Harpe – nous donnent un aperçu de lavenir de notre soleil.
La naine blanche a maintenant devant elle un long et tranquille avenir. Au fur et à mesure que la chaleur emprisonnée sécoule, elle refroidit lentement et satténue. Finalement, il deviendra une masse inerte de carbone et doxygène flottant de manière invisible dans lespace: une naine noire. Mais l’univers n’est pas assez vieux pour que des nains noirs se soient formés. Les premières naines blanches nées dans les premières générations détoiles sont encore, 14 milliards dannées plus tard, en train de se refroidir. Les naines blanches les plus froides que nous connaissons, avec une température denviron 4 000 degrés Celsius (7 000 degrés Fahrenheit), peuvent également être parmi les plus anciennes reliques du cosmos.
Mais toutes les naines blanches ne vont pas tranquillement dans la nuit. Les naines blanches en orbite autour dautres étoiles conduisent à des phénomènes hautement explosifs. Le nain blanc commence les choses en siphonnant le gaz de son compagnon. L’hydrogène est transféré à travers un pont gazeux et déversé sur la surface de la naine blanche. Au fur et à mesure que lhydrogène saccumule, sa température et sa densité atteignent un point déclair où toute la coque de carburant nouvellement acquis fusionne violemment, libérant une énorme quantité dénergie. Ce flash, appelé nova, fait brièvement éclater la naine blanche avec léclat de 50 000 soleils, puis retombe lentement dans lobscurité.
Linterprétation par un artiste dune naine blanche siphonnant du gaz dun compagnon binaire dans un disque de matière. Le gaz volé traverse le disque et finit par sécraser sur la surface de la naine blanche. Image via STScI.
Si le gaz saccumule assez rapidement, cependant, il peut pousser toute la naine blanche au-delà dun point critique. Plutôt quune mince coquille de fusion, toute létoile peut soudainement reprendre vie. Non régulée, la violente libération dénergie fait exploser la naine blanche.Le noyau stellaire entier est effacé dans lun des événements les plus énergétiques de lunivers: une supernova de type 1a. En une seconde, la naine blanche libère autant dénergie que le soleil le fait au cours de ses 10 milliards dannées de vie. Pendant des semaines ou des mois, il peut même éclipser une galaxie entière.
SN 1572 est le reste de une supernova de type 1a, à 9 000 années-lumière de la Terre, que Tycho Brahe a observée il y a 430 ans. Cette image composite aux rayons X et infrarouge montre les restes de cette explosion: une coquille de gaz en expansion se déplaçant à environ 9 000 km / seconde (plus de 20 millions de miles / heure)! Image via NASA / MPIA / Observatoire Calar Alto / Oliver Krause et al.
Une telle brillance rend les supernovae de type 1a visibles de partout dans lunivers. Les astronomes les utilisent comme des «bougies standard» pour mesurer les distances jusquaux confins du cosmos. Les observations de naines blanches détonantes dans des galaxies éloignées ont conduit à une découverte qui a valu le prix Nobel de physique 2011: lexpansion de lunivers saccélère. Étoiles mortes ont insufflé vie à nos hypothèses les plus fondamentales sur la nature du temps et de lespace.
Les naines blanches – les noyaux laissés après quune étoile a épuisé son approvisionnement en carburant – sont répandues dans toutes les galaxies. Comme un cimetière stellaire, ce sont les pierres tombales de presque toutes les étoiles qui ont vécu et qui sont mortes. Autrefois sites de fours stellaires où de nouveaux atomes ont été forgés, ces anciennes étoiles ont été réutilisées comme un outil dastronome qui ont bouleversé notre compréhension de lévolution de lunivers.
Conclusion: les naines blanches sont les restes détoiles mortes. Ce sont les noyaux stellaires denses laissés après quune étoile a épuisé son approvisionnement en carburant et soufflé ses gaz dans lespace.
Chris Crockett a obtenu son doctorat. en astronomie de lUCLA en 2011 et a travaillé à lObservatoire Lowell et à lObservatoire naval américain. Il sest alors rendu compte quil aimait beaucoup plus parler dastronomie que de le faire. Après avoir reçu une bourse de recherche pour les médias de masse en 2013 par lAssociation américaine pour lavancement des sciences, il a passé un été à écrire pour Scientific American, puis est devenu rédacteur en astronomie pour Science News de 2014 à 2017. Ces jours-ci, il est pigiste. , se concentrant sur des histoires dastronomie, de science planétaire et de physique. Ses travaux ont été publiés dans Science News, Scientific American, Smithsonian Magazine, Knowable, Sky & Telescope et le magazine en ligne Physics de lAmerican Physical Society.