Les astronomes ont découvert un cadavre stellaire connu sous le nom de naine blanche qui fait à peu près la taille de la lune de la Terre. La naine blanche a environ 4 ans, 300 kilomètres de diamètre, alors que la lune est à 3, 500 kilomètres de diamètre. La naine blanche est représentée au-dessus de la lune dans cette représentation artistique; en réalité, la naine blanche se trouve à 130 années-lumière dans la constellation de l'Aquila. Crédit :Giuseppe Parisi
Les astronomes ont découvert la naine blanche la plus petite et la plus massive jamais vue. La cendre fumante, qui s'est formée lorsque deux naines blanches moins massives ont fusionné, est lourd, "emballer une masse supérieure à celle de notre Soleil dans un corps de la taille de notre Lune, " dit Ilaria Caiazzo, l'associé de recherche postdoctoral Sherman Fairchild en astrophysique théorique à Caltech et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans le numéro du 1er juillet de la revue La nature . "Cela peut sembler contre-intuitif, mais les naines blanches plus petites sont plus massives. Cela est dû au fait que les naines blanches n'ont pas la combustion nucléaire qui maintient les étoiles normales contre leur propre gravité, et leur taille est plutôt régulée par la mécanique quantique."
La découverte a été faite par l'installation transitoire de Zwicky, ou ZTF, qui opère à l'observatoire Palomar de Caltech; deux télescopes hawaïens—W. Observatoire M. Keck sur Maunakea, Hawai'i Island et l'Université d'Hawai'i Institute for Astronomy's Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) sur Haleakala, Maui - a aidé à caractériser l'étoile morte, avec le télescope Hale de 200 pouces à Palomar, l'observatoire spatial européen Gaia, et l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA.
Les naines blanches sont les restes d'étoiles effondrées qui étaient autrefois environ huit fois la masse de notre Soleil ou plus légère. Notre Soleil, par exemple, après avoir gonflé pour la première fois en une géante rouge dans environ 5 milliards d'années, finira par se détacher de ses couches externes et se rétrécir en une naine blanche compacte. Environ 97 pour cent de toutes les étoiles deviennent des naines blanches.
Alors que notre Soleil est seul dans l'espace sans partenaire stellaire, de nombreuses étoiles gravitent les unes autour des autres par paires. Les étoiles vieillissent ensemble, et s'ils sont tous les deux inférieurs à huit masses solaires, ils évolueront tous les deux en naines blanches.
La nouvelle découverte fournit un exemple de ce qui peut arriver après cette phase. Le couple de naines blanches, qui s'enroulent l'une autour de l'autre, perdent de l'énergie sous forme d'ondes gravitationnelles et finissent par fusionner. Si les étoiles mortes sont assez massives, ils explosent dans ce qu'on appelle une supernova de type Ia. Mais s'ils sont inférieurs à un certain seuil de masse, ils se combinent pour former une nouvelle naine blanche plus lourde que l'une ou l'autre des étoiles progénitrices. Ce processus de fusion augmente le champ magnétique de cette étoile et accélère sa rotation par rapport à celle des ancêtres.
Les astronomes disent que la toute nouvelle naine blanche, nommé ZTF J1901+1458, a pris cette dernière voie d'évolution; ses ancêtres ont fusionné et ont produit une naine blanche 1,35 fois la masse de notre Soleil. La naine blanche a un champ magnétique extrême presque 1 milliard de fois plus fort que celui de notre Soleil et tourne sur son axe à un rythme effréné d'une révolution toutes les sept minutes (la naine blanche la plus rapide connue, appelé EPIC 228939929, tourne toutes les 5,3 minutes).
"Nous avons attrapé cet objet très intéressant qui n'était pas assez massif pour exploser, ", dit Caiazzo. "Nous cherchons vraiment à savoir à quel point une naine blanche peut être massive."
Quoi de plus, Caiazzo et ses collaborateurs pensent que la naine blanche fusionnée peut être assez massive pour évoluer en une étoile morte riche en neutrons, ou étoile à neutrons, qui se forme généralement lorsqu'une étoile beaucoup plus massive que notre Soleil explose en supernova.
Cette illustration met en évidence une petite naine blanche retrouvée, découvert par ZTF, c'est 4, 300 kilomètres de diamètre, ou à peu près la taille de la lune de la Terre, qui est 3, 500 kilomètres de diamètre. Les deux corps sont affichés l'un à côté de l'autre pour une comparaison de taille. Le chaud, la jeune naine blanche est aussi la naine blanche la plus massive connue, pesant 1,35 fois plus que notre soleil. Crédit :Giuseppe Parisi
"C'est hautement spéculatif, mais il est possible que la naine blanche soit suffisamment massive pour s'effondrer davantage en une étoile à neutrons, " dit Caiazzo. " Il est si massif et dense que, en son noyau, les électrons sont capturés par les protons dans les noyaux pour former des neutrons. Parce que la pression des électrons s'oppose à la force de gravité, garder l'étoile intacte, le noyau s'effondre lorsqu'un nombre suffisant d'électrons sont retirés."
Si cette hypothèse de formation d'étoiles à neutrons est correcte, cela peut signifier qu'une partie importante des autres étoiles à neutrons prennent forme de cette manière. La proximité du nouvel objet (environ 130 années-lumière) et son jeune âge (environ 100 millions d'années ou moins) indiquent que des objets similaires peuvent se produire plus fréquemment dans notre galaxie.
Magnétique et rapide
La naine blanche a été repérée pour la première fois par le collègue de Caiazzo, Kevin Burdge, un chercheur postdoctoral à Caltech, après avoir recherché dans tout le ciel des images capturées par ZTF. Cette naine blanche particulière, lorsqu'il est analysé en combinaison avec les données de Gaia, se distinguait par être très massif et avoir une rotation rapide.
"Personne n'a été systématiquement capable d'explorer des phénomènes astronomiques à court terme à cette échelle jusqu'à présent. Les résultats de ces efforts sont étonnants, " dit Burge, qui, en 2019, a dirigé l'équipe qui a découvert une paire de naines blanches se glissant l'une autour de l'autre toutes les sept minutes.
L'équipe a ensuite analysé le spectre de l'étoile à l'aide du spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l'observatoire Keck, et c'est alors que Caiazzo fut frappée par les signatures d'un champ magnétique très puissant et réalisa qu'elle et son équipe avaient trouvé quelque chose de "très spécial, " comme elle le dit. La force du champ magnétique ainsi que la vitesse de rotation de sept minutes de l'objet indiquaient qu'il s'agissait du résultat de la fusion de deux naines blanches plus petites.
Données de Swift, qui observe la lumière ultraviolette, aidé à déterminer la taille et la masse de la naine blanche. Avec un diamètre de 2, 670 milles, ZTF J1901+1458 obtient le titre de la plus petite naine blanche connue, devancer les précédents détenteurs de records, RE J0317-853 et WD 1832+089, qui ont chacun des diamètres d'environ 3, 100 milles.
À l'avenir, Caiazzo espère utiliser ZTF pour trouver plus de naines blanches comme celle-ci, et, en général, étudier la population dans son ensemble. « Il y a tellement de questions à traiter, comme quel est le taux de fusions de naines blanches dans la galaxie, et est-ce suffisant pour expliquer le nombre de supernovae de type Ia ? Comment un champ magnétique est-il généré lors de ces événements puissants, et pourquoi y a-t-il une telle diversité dans les intensités de champ magnétique parmi les naines blanches ? Trouver une grande population de naines blanches nées de fusions nous aidera à répondre à toutes ces questions et bien plus encore."
