Des restes de planètes avec des croûtes semblables à la Terre ont été découverts dans l'atmosphère de quatre étoiles naines blanches voisines par des astronomes de l'Université de Warwick, offrant un aperçu des planètes qui ont peut-être déjà tourné autour d'elles il y a des milliards d'années.

Ces croûtes proviennent des couches externes de planètes rocheuses similaires à la Terre et à Mars et pourraient donner aux astronomes un meilleur aperçu de la chimie des planètes que ces étoiles mourantes ont autrefois hébergées.

La découverte est rapportée aujourd'hui dans le journal Astronomie de la nature et comprend l'un des plus anciens systèmes planétaires vus par les astronomes à ce jour.

L'équipe dirigée par l'Université de Warwick analysait les données du télescope Gaia de l'Agence spatiale européenne de plus de 1, 000 étoiles naines blanches à proximité lorsqu'elles ont rencontré un signal inhabituel d'une naine blanche en particulier. Les chercheurs de l'Université de Warwick ont ​​reçu un financement du Conseil européen de la recherche et du Conseil des installations scientifiques et technologiques (STFC).

Ils ont utilisé la spectroscopie pour analyser la lumière de l'étoile à différentes longueurs d'onde, ce qui leur permet de détecter quand les éléments de l'atmosphère de l'étoile absorbent la lumière de différentes couleurs et de déterminer de quels éléments il s'agit et quelle quantité est présente. Ils ont également inspecté le 30, 000 spectres de naines blanches du Sloan Digital Sky Survey publiés au cours des 20 dernières années.

Le signal correspondait à la longueur d'onde du lithium et les astronomes ont rapidement découvert trois autres naines blanches avec le même signal, dont l'un a également été observé avec du potassium dans son atmosphère. En comparant la quantité de lithium et de potassium avec les autres éléments qu'ils ont détectés - sodium et calcium - ils ont constaté que le rapport des éléments correspondait à la composition chimique de la croûte des planètes rocheuses comme la Terre et Mars, si ces croûtes ont été vaporisées et mélangées dans les couches externes gazeuses de l'étoile pendant 2 millions d'années.

L'auteur principal, le Dr Mark Hollands du département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré :« Dans le passé, nous avons vu toutes sortes de choses comme le matériau du manteau et du noyau, mais nous n'avons pas eu de détection définitive de la croûte planétaire. Le lithium et le potassium sont de bons indicateurs de matériau de la croûte, ils ne sont pas présents en concentrations élevées dans le manteau ou le noyau.

"Maintenant, nous savons quelle signature chimique rechercher pour détecter ces éléments, nous avons l'opportunité de regarder un grand nombre de naines blanches et d'en trouver d'autres. Ensuite, nous pouvons examiner la distribution de cette signature et voir à quelle fréquence nous détectons ces croûtes planétaires et comment cela se compare à nos prédictions. »

Les couches externes des naines blanches contiennent jusqu'à 300, 000 gigatonnes de débris rocheux, qui comprend jusqu'à 60 gigatonnes de lithium et 3, 000 gigatonnes de potassium, équivalent à une sphère de 60 km de densité similaire à la croûte terrestre. La quantité de matériau de la croûte détectée est similaire en masse à celle des astéroïdes que nous voyons dans notre propre système solaire, amenant les astronomes à croire que ce qu'ils voient autour des quatre étoiles est de la matière détachée d'une planète, plutôt qu'une planète entière elle-même.

Des observations antérieures de naines blanches ont trouvé des preuves de matière provenant du noyau interne et du manteau des planètes, mais aucune preuve définitive de matériel de croûte. La croûte est une petite fraction de la masse d'une planète et les éléments détectés dans cette étude ne sont détectables que lorsque l'étoile est très froide. Les naines blanches sont dans la phase de mort de leur cycle de vie, car ils ont brûlé leur carburant et refroidi pendant des milliards d'années. On pense que ces quatre naines blanches ont épuisé leur carburant il y a jusqu'à 10 milliards d'années et pourraient être parmi les plus anciennes naines blanches formées dans notre galaxie.

Le co-auteur, le Dr Pier-Emmanuel Tremblay de l'Université de Warwick a déclaré :« Dans un cas, nous regardons la formation d'une planète autour d'une étoile qui s'est formée dans le halo galactique, Il y a 11-12,5 milliards d'années, par conséquent, ce doit être l'un des plus anciens systèmes planétaires connus à ce jour. Un autre de ces systèmes s'est formé autour d'une étoile à courte durée de vie qui était initialement plus de quatre fois la masse du Soleil, une découverte record fournissant des contraintes importantes sur la vitesse à laquelle les planètes peuvent se former autour de leurs étoiles hôtes."

Parmi les plus anciennes de ces naines blanches, l'un est 70% plus massif que la moyenne et donc sa masse énorme ferait normalement disparaître toute matière dans son atmosphère relativement rapidement, conduisant les astronomes à la conclusion qu'il doit reconstituer le matériau de la croûte à partir d'un disque de débris environnant. Par ailleurs, les astronomes ont détecté plus de lumière infrarouge que prévu pour la naine blanche seule, ce qui indique qu'un disque est chauffé par son étoile puis re-rayonné à des longueurs d'onde plus longues.

Le Dr Hollands ajoute :« D'après ce que nous comprenons, la formation des planètes rocheuses se produit de la même manière dans différents systèmes planétaires. Initialement, ils sont formés d'une composition matérielle similaire à l'étoile, mais avec le temps, ces matériaux se séparent et vous vous retrouvez avec des compositions chimiques différentes dans différentes parties de la planète. On peut voir qu'à un moment donné ces objets ont subi une différenciation, où la composition est différente de la composition de départ de l'étoile.

"Il est maintenant bien compris que la plupart des étoiles normales comme le Soleil abritent des planètes, mais maintenant, il est également possible d'examiner la fréquence de différents types de matériel."