Une image Hubble de Sirius et de son étoile naine blanche. Vestiges de planètes en âge, les systèmes naines blanches peuvent être considérés comme des disques de matière poussiéreux et une nouvelle étude a découvert six de ces systèmes qui ont également des composants gazeux, une combinaison très rare. Le gaz chaud peut être analysé pour révéler des informations cinématiques sur le disque. Crédit :Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian
Quand une étoile comme notre soleil devient vieille, dans sept milliards d'années environ, il ne pourra plus continuer à brûler son combustible nucléaire. Avec seulement environ la moitié de sa masse restante, elle rétrécira à une fraction de son rayon et deviendra une étoile naine blanche. Les étoiles naines blanches sont courantes; plus de 95% de toutes les étoiles deviendront des naines blanches. Le plus célèbre est le compagnon de l'étoile la plus brillante du ciel, Sirius, mais plus particulièrement toutes les étoiles connues pour héberger des exoplanètes finiront également leur vie en naines blanches.
Les astronomes ont établi que les planètes en orbite autour d'étoiles peuvent généralement survivre aux derniers stades de l'évolution de leur hôte. Les planètes rocheuses sont brisées et dispersées dans des disques de débris poussiéreux, et ainsi les étoiles naines blanches devraient conserver des traces de leurs compagnons planétaires. L'émission de ces disques poussiéreux est considérée comme un excès de rayonnement infrarouge ; quand une partie de ce matériau s'accumule sur la naine blanche elle-même, les éléments produisent des caractéristiques dans le spectre de l'étoile. Une petite fraction, environ 4%, des naines blanches avec des disques de poussière ont également des composants gazeux qui ont été observés dans l'émission. Bien que très rares - seulement une douzaine environ sont connues - ces naines blanches à disques gazeux sont censées fournir un diagnostic particulièrement utile des instabilités dynamiques et des événements de perturbation dans les disques naines blanches, et les astronomes sont à la recherche d'autres cas.
L'astronome CfA Warren Brown était membre d'une équipe qui a combiné de nouvelles observations optiques de l'étude du ciel de la mission spatiale Gaia avec des informations de catalogue infrarouge pour rechercher des étoiles naines blanches dont les excès infrarouges signalent la présence d'un disque. Ils ont identifié environ 110 candidats qu'ils ont suivis par spectroscopie optique à l'aide de plusieurs télescopes au sol, à partir de laquelle ils ont découvert six nouvelles naines blanches hébergeant des disques gazeux. Leur analyse des spectres de ces objets a révélé que les disques sont plus complexes que prévu :plus de 50 raies d'émission sont vues et elles diffèrent par leurs largeurs, forces, et des formes.
Les lignées ont également des caractéristiques de variabilité étonnamment différentes, avec quelques étoiles montrant des lignes qui varient à peine sur environ trois ans de suivi tandis que dans au moins un hôte, les lignes varient de 50%. De nombreuses lignes observées ont des profils qui permettent une modélisation cinématique, par exemple indiquant un disque plat tournant dans un mouvement dit képlérien (avec les vitesses les plus rapides plus proches de l'étoile, comme dans le cas des planètes de notre système solaire). Les nouveaux résultats montrent que les étoiles naines blanches ont de riches, environnements dynamiquement actifs qui peuvent être utilisés pour mieux comprendre comment le système de planètes d'une étoile évolue à mesure que l'étoile entre dans la vieillesse.