La première preuve directe d'étoiles naines blanches se solidifiant en cristaux a été découverte par des astronomes de l'Université de Warwick, et nos cieux en sont remplis.

Des observations ont révélé que les restes morts d'étoiles comme notre Soleil, appelées naines blanches, ont un noyau d'oxygène solide et de carbone en raison d'une transition de phase au cours de leur cycle de vie similaire à celle de l'eau se transformant en glace mais à des températures beaucoup plus élevées. Cela pourrait les rendre potentiellement plus vieux de plusieurs milliards d'années qu'on ne le pensait auparavant.

La découverte, dirigé par le Dr Pier-Emmanuel Tremblay du Département de physique de l'Université de Warwick, a été publié dans La nature et est largement basé sur des observations prises avec le satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne.

Les étoiles naines blanches font partie des objets stellaires les plus anciens de l'univers. Ils sont incroyablement utiles aux astronomes car leur cycle de vie prévisible leur permet d'être utilisés comme horloges cosmiques pour estimer l'âge de groupes d'étoiles voisines avec un haut degré de précision. Ce sont les noyaux restants des géantes rouges après que ces énormes étoiles sont mortes et ont perdu leurs couches externes et se refroidissent constamment alors qu'elles libèrent leur chaleur stockée au cours de milliards d'années.

Les astronomes en ont sélectionné 15, 000 naines blanches candidates à environ 300 années-lumière de la Terre à partir des observations faites par le satellite Gaia et des données analysées sur les luminosités et les couleurs des étoiles.

Ils ont identifié un carambolage, un excès du nombre d'étoiles à des couleurs et des luminosités spécifiques qui ne correspondent à aucune masse ni aucun âge. Comparé aux modèles évolutifs d'étoiles, l'accumulation coïncide fortement avec la phase de leur développement au cours de laquelle la chaleur latente est prévue pour être libérée en grande quantité, entraînant un ralentissement de leur processus de refroidissement. On estime que dans certains cas, ces étoiles ont ralenti leur vieillissement jusqu'à 2 milliards d'années, ou 15 pour cent de l'âge de notre galaxie.

Le Dr Tremblay a déclaré :« C'est la première preuve directe que les naines blanches se cristallisent, ou le passage du liquide au solide. Il a été prédit il y a cinquante ans que nous devrions observer un empilement du nombre de naines blanches à certaines luminosités et couleurs en raison de la cristallisation et ce n'est que maintenant qu'on l'observe.

"Toutes les naines blanches se cristalliseront à un moment donné de leur évolution, bien que les naines blanches plus massives passent par le processus plus tôt. Cela signifie que des milliards de naines blanches dans notre galaxie ont déjà terminé le processus et sont essentiellement des sphères de cristal dans le ciel. Le Soleil lui-même deviendra une naine cristalline dans environ 10 milliards d'années."

La cristallisation est le processus par lequel un matériau devient un état solide, dans laquelle ses atomes forment une structure ordonnée. Sous les pressions extrêmes dans les noyaux naines blanches, les atomes sont si denses que leurs électrons se détachent, laissant un gaz d'électrons conducteur régi par la physique quantique, et des noyaux chargés positivement sous forme fluide. Lorsque le noyau se refroidit à environ 10 millions de degrés, suffisamment d'énergie a été libérée pour que le fluide commence à se solidifier, formant en son cœur un noyau métallique avec un manteau rehaussé de carbone.

Le Dr Tremblay ajoute :« Non seulement nous avons des preuves de dégagement de chaleur lors de la solidification, mais une libération d'énergie beaucoup plus importante est nécessaire pour expliquer les observations. Nous pensons que cela est dû au fait que l'oxygène cristallise d'abord puis s'enfonce dans le noyau, un processus similaire à la sédimentation sur le lit d'une rivière sur Terre. Cela poussera le carbone vers le haut, et cette séparation libérera de l'énergie gravitationnelle.

"Nous avons fait un grand pas en avant pour obtenir des âges précis pour ces naines blanches plus froides et donc les vieilles étoiles de la Voie lactée. Une grande partie du mérite de cette découverte revient aux observations de Gaia. Grâce aux mesures précises dont elle est capable de, nous avons compris l'intérieur des naines blanches d'une manière à laquelle nous ne nous attendions pas. Avant Gaia, nous avions 100 à 200 naines blanches avec des distances et des luminosités précises - et maintenant nous en avons 200, 000. Cette expérience sur la matière ultra-dense est quelque chose qui ne peut tout simplement pas être réalisée dans aucun laboratoire sur Terre.