Une étoile naine blanche massive avec une atmosphère riche en carbone bizarre pourrait être deux naines blanches fusionnées selon une équipe internationale dirigée par des astronomes de l'Université de Warwick, et n'a évité que de justesse la destruction.

Ils ont découvert une naine blanche ultra-massive inhabituelle à environ 150 années-lumière de nous avec une composition atmosphérique jamais vue auparavant, la première fois qu'une naine blanche fusionnée a été identifiée en utilisant sa composition atmosphérique comme indice.

La découverte, publié aujourd'hui (2 mars) dans la revue Astronomie de la nature , pourrait soulever de nouvelles questions sur l'évolution des naines blanches massives et sur le nombre de supernovae dans notre galaxie.

Cette étoile, nommé WDJ0551+4135, a été identifié dans une étude des données du télescope Gaia de l'Agence spatiale européenne. Les astronomes ont suivi avec une spectroscopie prise à l'aide du télescope William Herschel, en se concentrant sur ces naines blanches identifiées comme particulièrement massives, un exploit rendu possible par la mission Gaia. En décomposant la lumière émise par l'étoile, les astronomes ont pu identifier la composition chimique de son atmosphère et ont découvert qu'elle contenait un niveau inhabituellement élevé de carbone.

Auteur principal, le Dr Mark Hollands, du Département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré:"Cette étoile s'est démarquée comme quelque chose que nous n'avions jamais vu auparavant. Vous pourriez vous attendre à voir une couche externe d'hydrogène, parfois mélangé à de l'hélium, ou juste un mélange d'hélium et de carbone. Vous ne vous attendez pas à voir cette combinaison d'hydrogène et de carbone en même temps car il devrait y avoir une épaisse couche d'hélium entre les deux qui l'interdit. Quand nous l'avons regardé, ça n'avait aucun sens."

Pour résoudre l'énigme, les astronomes sont devenus détectives pour découvrir les véritables origines de l'étoile.

Les naines blanches sont les restes d'étoiles comme notre propre Soleil qui ont brûlé tout leur carburant et perdu leurs couches externes. La plupart sont relativement légers, environ 0,6 fois la masse de notre Soleil, mais celui-ci pèse 1,14 masse solaire, près du double de la masse moyenne. Bien qu'il soit plus lourd que notre Soleil, il est compacté aux deux tiers du diamètre de la Terre.

L'âge de la naine blanche est aussi un indice. Les étoiles plus âgées orbitent autour de la Voie lactée plus rapidement que les plus jeunes, et cet objet se déplace plus vite que 99% des autres naines blanches voisines avec le même âge de refroidissement, suggérant que cette étoile est plus vieille qu'il n'y paraît.

Le Dr Hollands ajoute :"Nous avons une composition que nous ne pouvons pas expliquer par l'évolution stellaire normale, une masse deux fois supérieure à la moyenne d'une naine blanche, et un âge cinématique plus ancien que celui déduit du refroidissement. Nous sommes à peu près sûrs de la façon dont une étoile forme une naine blanche et cela ne devrait pas le faire. La seule façon de l'expliquer, c'est s'il a été formé par la fusion de deux naines blanches."

La théorie est que lorsqu'une étoile dans un système binaire se développe à la fin de sa vie, elle enveloppera son partenaire, se rapprochant de son orbite à mesure que la première étoile se rétrécit. La même chose se produira lorsque l'autre étoile se développera. Sur des milliards d'années, l'émission d'ondes gravitationnelles rétrécira davantage l'orbite, au point que les étoiles se confondent.

Alors que des fusions de naines blanches ont été prévues, celui-ci serait particulièrement inhabituel. La plupart des fusions dans notre galaxie se feront entre des étoiles de masses différentes, alors que cette fusion semble être entre deux étoiles de taille similaire. Il y a aussi une limite à la taille de la naine blanche résultante :à plus de 1,4 masse solaire, on pense qu'elle exploserait dans une supernova bien qu'il soit possible que ces explosions se produisent à des masses légèrement inférieures, cette étoile est donc utile pour démontrer à quel point une naine blanche peut devenir massive et survivre.

Parce que le processus de fusion redémarre le refroidissement de l'étoile, il est difficile de déterminer son âge. La naine blanche a probablement fusionné il y a environ 1,3 milliard d'années, mais les deux naines blanches d'origine ont peut-être existé plusieurs milliards d'années auparavant.

C'est l'une des rares naines blanches fusionnées à être identifiée à ce jour, et le seul par sa composition.

Le Dr Hollands ajoute :« Il n'y a pas tant de naines blanches aussi massives, bien qu'il y en ait plus que ce à quoi vous vous attendriez, ce qui implique que certains d'entre eux ont probablement été formés par des fusions.

"À l'avenir, nous pourrons peut-être utiliser une technique appelée astérosismologie pour en savoir plus sur la composition du noyau de la naine blanche à partir de ses pulsations stellaires, qui serait une méthode indépendante confirmant cette étoile issue d'une fusion.

"Peut-être que l'aspect le plus excitant de cette étoile est qu'elle a dû échouer à exploser en tant que supernova - ces explosions gargantuesques sont vraiment importantes pour cartographier la structure de l'Univers, car ils peuvent être détectés à de très grandes distances. Cependant, il reste beaucoup d'incertitude quant au type de systèmes stellaires qui passeront au stade de la supernova. Aussi étrange que cela puisse paraître, mesurer les propriétés de cette supernova « ratée », et futurs sosies, nous en dit long sur les voies de l'auto-annihilation thermonucléaire. »