Les observations de Chandra révèlent une activité inhabituelle des rayons X de l’étoile naine blanche appelée KPD 0005+5106. L’illustration de cet artiste montre ce qu’une équipe d’astronomes pense qui se passe dans ce système. Les données suggèrent que la naine blanche (sphère bleue) fait exploser un objet compagnon (objet marron et rouge à droite), qui est soit une étoile ou une planète de faible masse, avec des vagues de chaleur et de rayonnement. La naine blanche tire également de la matière du compagnon dans un disque autour d’elle, que l’artiste montre en orange, avant qu’elle ne heurte ses pôles nord et sud. Ce processus contribue à la destruction du compagnon par de puissantes forces gravitationnelles. Crédit : Illustration : NASA/CXC/M. Weiss; Rayons X (Encart) : NASA/CXC/ASIAA/Y.-H. Chu, et al.
Une star épuisée a encore des coups à donner. Les astronomes ont découvert qu’un nain blanc frappe un objet compagnon – une étoile légère ou une planète – avec des explosions incessantes de chaleur et de rayonnement plus une force gravitationnelle implacable qui le déchire.
La plupart des étoiles, y compris le Soleil, deviendront des « naines blanches » après avoir commencé à manquer de carburant, se dilater et se refroidir en une géante rouge, puis perdre leurs couches externes. Cette évolution laisse derrière elle un noyau stellaire qui s’estompe lentement pendant des milliards d’années.
Une équipe de scientifiques a utilisé Nasa‘s Chandra X-ray Observatory et XMM-Newton de l’ESA pour étudier une activité inhabituelle de rayons X dans trois étoiles naines blanches. En règle générale, les naines blanches émettent des rayons X de faible énergie, que les chercheurs ont vus dans leur échantillon. Cependant, ces naines blanches avaient également une émission de rayons X étonnamment brillante à des énergies plus élevées.
L’une des naines blanches s’est démarquée parmi ce groupe. La naine blanche KPD 0005+5106 avait une émission de rayons X à haute énergie dont la luminosité augmentait et diminuait régulièrement toutes les 4,7 heures. Ce flux et reflux récurrent de rayons X indique que KPD 0005+5106 a un objet en orbite autour de lui – soit une étoile de très faible masse, soit une planète.
La matière de l’étoile ou de la planète de faible masse pourrait heurter les pôles nord et sud de la naine blanche, créant un point lumineux d’émission de rayons X à haute énergie. Au fur et à mesure que la naine blanche et sa compagne orbitent l’une autour de l’autre, ce point chaud entrerait et disparaîtrait, provoquant une augmentation et une diminution régulières des rayons X à haute énergie.
“Nous ne savions pas que cette naine blanche avait un compagnon avant de voir les données des rayons X”, a déclaré You-Hua Chu de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica (ASIAA) à Taïwan, qui a dirigé l’étude. “Nous avons cherché le compagnon avec des télescopes optiques, mais nous n’avons rien vu, ce qui signifie qu’il s’agit d’une étoile très faible, d’une naine brune ou d’une planète.”
KPD 0005+5106, située dans notre galaxie à environ 1 300 années-lumière de la Terre, est l’une des étoiles naines blanches les plus chaudes connues, avec une température de surface d’environ 360 000 degrés Fahrenheit. Par comparaison, la surface du Soleil est d’environ 10 000 degrés Fahrenheit.
“Cet objet compagnon est à environ 500 000 miles de la naine blanche, à seulement un trentième de la distance de Mercure au Soleil”, a déclaré le co-auteur Jesús Toala de l’Université nationale autonome du Mexique. “Quel que soit cet objet, il est explosé de chaleur.”
Les chercheurs ont regardé ce qui se passerait si cet objet était une planète avec la masse de celle de Jupiter, une possibilité qui s’accorde plus facilement avec les données qu’une étoile sombre ou une naine brune. Dans leurs modèles, la naine blanche tirerait de la matière de la planète sur la naine blanche, un processus auquel la planète ne pourrait survivre que quelques centaines de millions d’années avant d’être finalement détruite. Ce matériau volé tourbillonne autour de la naine blanche, qui brille dans les rayons X que Chandra peut détecter.
“Il s’agit d’une lente disparition pour cet objet qui est essentiellement déchiré par des forces gravitationnelles constantes”, a déclaré Martín A. Guerrero, co-auteur de l’Institut d’astrophysique d’Andalousie en Espagne. « Ce serait un endroit très désagréable. »
Les deux autres naines blanches étaient également considérées comme des objets solitaires, mais elles montrent une émission de rayons X énergétique similaire à KPD 0005+5106. Par analogie, cela suggère qu’ils peuvent également avoir de faibles compagnons, peut-être des planètes.
Le travail de microlentille – qui consiste à rechercher le grossissement et la courbure de la lumière provenant de sources distantes autour d’objets intermédiaires – dirigé par Joshua Blackman de l’Université de Tasmanie en Australie a récemment montré qu’une planète peut survivre à l’évolution d’une naine blanche à travers sa phase de géante rouge . Cependant, la distance entre la naine blanche et sa planète dans ce cas est beaucoup plus grande que celle vue par Chu et son équipe, d’un facteur de près de 500.
Les scientifiques devront probablement faire plus de modélisation théorique de l’évolution des étoiles doubles pour comprendre comment la planète ou l’étoile de faible masse pourrait se retrouver si près de la naine blanche.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Les astronomes trouvent une naine blanche faisant exploser un objet compagnon.
Référence : « Émission de rayons X durs associée aux naines blanches. IV. Signs of Accretion from Substellar Companions » de You-Hua Chu, Jesús A. Toalá, Martín A. Guerrero, Florian F. Bauer, Jana Bilikova et Robert A. Gruendl, 5 avril 2021, Le Journal d’Astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / abe5a5
Un article décrivant ces résultats est paru dans The Astrophysical Journal en avril 2021 et une prépublication est disponible en ligne. En plus de Chu, Toala et Guerrero, les auteurs étaient Florian Bauer (Institut d’astrophysique d’Andalousie) et Jana Bilikova et Robert Gruendel (Université de l’Illinois, Urbana).
Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science depuis Cambridge, Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, Massachusetts.
