Cette illustration montre une étoile naine blanche siphonnant les débris d’objets brisés dans un système planétaire. Le télescope spatial Hubble détecte la signature spectrale des débris vaporisés qui révèle une combinaison de matériaux rocheux-métalliques et glacés, les ingrédients des planètes. Ces résultats aident à décrire la nature violente des systèmes planétaires évolués et la composition de leurs corps en désintégration. Crédit : NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
Des corps rocheux et glacés ont été identifiés parmi les débris à la surface d’une étoile naine blanche.
“Sortez vos morts ! ” résonne dans l’air dans le film classique ” Monty Python et le Saint Graal “, un joyeux parallèle à ce qui se passe autour d’une white dwarf star in a nearby planetary system. The dead star is “ringing” its own bell, calling out to the “dead” to collect at its footsteps. The white dwarf is all that remains after a Sun-like star has exhausted its nuclear fuel and expelled most of its outer material – decimating objects in the planetary system that orbit it. What’s left is a band of players with unpredictable orbits that – despite protests that they “aren’t dead yet!” – will ultimately be captured by the central star.
How do we know? The bodies consumed by the star leave telltale “fingerprints” – caught by the Hubble Space Telescope and other NASA observatories – on its surface. The spectral evidence shows that the white dwarf is siphoning off both rocky-metallic and icy material – debris from both its system’s inner and outer reaches. Uncovering evidence of icy bodies is intriguing, since it implies that a “water reservoir” might be common on the edges of planetary systems, improving the chances for the emergence of life as we know it.
Les affres de la mort d’une étoile ont si violemment perturbé son système planétaire que l’étoile morte laissée derrière, appelée naine blanche, siphonne les débris des parties internes et externes du système. C’est la première fois que les astronomes observent une étoile naine blanche qui consomme à la fois des matériaux rocheux et métalliques et des matériaux glacés, les ingrédients des planètes. Les données d’archives du télescope spatial Hubble de la NASA et d’autres observatoires de la NASA ont été essentielles pour diagnostiquer ce cas de cannibalisme cosmique. Ces résultats aident à décrire la nature violente des systèmes planétaires évolués et peuvent renseigner les astronomes sur la composition des systèmes en formation. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA ; producteur principal : Paul Morris
Une étoile morte déchire un système planétaire
Les affres de la mort d’une étoile ont si violemment perturbé son système planétaire que l’étoile morte laissée derrière, appelée naine blanche, siphonne les débris des parties internes et externes du système. C’est la première fois que les astronomes observent une étoile naine blanche qui consomme à la fois des matériaux rocheux et métalliques et des matériaux glacés, les ingrédients des planètes.
Les données d’archives du télescope spatial Hubble de la NASA et d’autres observatoires de la NASA ont été essentielles pour diagnostiquer ce cas de cannibalisme cosmique. Ces résultats aident à décrire la nature violente des systèmes planétaires évolués et peuvent renseigner les astronomes sur la composition des systèmes en formation.
Les résultats sont basés sur l’analyse des matériaux capturés par l’atmosphère de l’étoile naine blanche voisine G238-44. Une naine blanche est ce qui reste d’une étoile comme notre Soleil après qu’elle se soit débarrassée de ses couches externes et ait cessé de brûler du combustible par fusion nucléaire. “Nous n’avons jamais vu ces deux types d’objets s’accréter sur une naine blanche en même temps”, a déclaré Ted Johnson, le chercheur principal et récent bachelier de l’Université de Californie, Los Angeles (UCLA). “En étudiant ces naines blanches, nous espérons mieux comprendre les systèmes planétaires qui sont encore intacts.”
Ce diagramme illustré du système planétaire G238-44 retrace sa destruction. La minuscule étoile naine blanche est au centre de l’action. Un très faible disque d’accrétion est constitué des morceaux de corps brisés tombant sur la naine blanche. Les astéroïdes et les corps planétaires restants constituent un réservoir de matière entourant l’étoile. De plus grandes planètes géantes gazeuses peuvent encore exister dans le système. Beaucoup plus loin se trouve une ceinture de corps glacés tels que les comètes, qui finissent également par alimenter l’étoile morte. Crédit : NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
Ces découvertes sont également intrigantes car les petits objets glacés sont réputés pour s’être écrasés sur les planètes sèches et rocheuses de notre système solaire et les avoir “irriguées”. Il y a des milliards d’années, on pense que les comètes et les astéroïdes ont apporté de l’eau sur Terre, créant ainsi les conditions nécessaires à la vie telle que nous la connaissons. La composition des corps détectés en pluie sur la naine blanche implique que les réservoirs de glace pourraient être communs aux systèmes planétaires, a déclaré Johnson.
“La vie telle que nous la connaissons nécessite une planète rocheuse recouverte d’une variété d’éléments comme le carbone, l’azote et l’oxygène”, a déclaré Benjamin Zuckerman, professeur à UCLA et co-auteur. “Les abondances des éléments que nous voyons sur cette naine blanche semblent nécessiter à la fois un corps parent rocheux et un corps parent riche en éléments volatils – le premier exemple que nous avons trouvé parmi les études de centaines de naines blanches.”
Derby de démolition
Théories du système planétaireL’évolution décrit la transition entre les phases d’une étoile géante rouge et d’une naine blanche comme un processus chaotique. L’étoile perd rapidement ses couches externes et les orbites de ses planètes changent radicalement. Les petits objets, comme les astéroïdes et les planètes naines, peuvent s’aventurer trop près des planètes géantes et être envoyés en chute libre vers l’étoile. Cette étude confirme l’ampleur réelle de cette phase chaotique violente, en montrant que dans les 100 millions d’années suivant le début de sa phase de naine blanche, l’étoile est capable de capturer et de consommer simultanément de la matière provenant de sa ceinture d’astéroïdes et des régions semblables à la ceinture de Kuiper.
La masse totale estimée finalement engloutie par la naine blanche dans cette étude pourrait ne pas être supérieure à la masse d’un astéroïde ou d’une petite lune. Bien que la présence d’au moins deux objets que la naine blanche consomme ne soit pas directement mesurée, il est probable que l’un d’entre eux soit riche en métaux comme un astéroïde et que l’autre soit un corps glacé semblable à ce que l’on trouve à la périphérie de notre système solaire dans la ceinture de Kuiper.
Bien que les astronomes aient répertorié plus de 5 000 exoplanètes, la seule planète dont nous connaissons directement la composition intérieure est la Terre. Le cannibalisme des naines blanches offre une occasion unique de démonter les planètes et de voir de quoi elles étaient faites lorsqu’elles se sont formées autour de l’étoile.
L’équipe a mesuré la présence d’azote, d’oxygène, de magnésium, de silicium et de fer, entre autres éléments. La détection du fer en très grande abondance est la preuve de la présence de noyaux métalliques de planètes terrestres, comme la Terre, Venus, Mars, and Mercury. Unexpectedly high nitrogen abundances led them to conclude the presence of icy bodies. “The best fit for our data was a nearly two-to-one mix of Mercury-like material and comet-like material, which is made up of ice and dust,” Johnson said. “Iron metal and nitrogen ice each suggest wildly different conditions of planetary formation. There is no known solar system object with so much of both.”
Death of a Planetary System
When a star like our Sun expands into a bloated red giant late in its life, it will shed mass by puffing off its outer layers. One consequence of this can be the gravitational scattering of small objects like asteroids, comets, and moons by any remaining large planets. Like pinballs in an arcade game, the surviving objects can be thrown into highly eccentric orbits.
“After the red giant phase, the white dwarf star that remains is compact – no larger than Earth. The wayward planets end up getting very close to the star and experience powerful tidal forces that tear them apart, creating a gaseous and dusty disk that eventually falls onto the white dwarf’s surface,” Johnson explained.
The researchers are looking at the ultimate scenario for the Sun’s evolution, 5 billion years from now. Earth might be completely vaporized along with the inner planets. But the orbits of many of the asteroids in the main asteroid belt will be gravitationally perturbed by Jupiter and will eventually fall onto the white dwarf that the remnant Sun will become.
For over two years, the research group at UCLA, the University of California, San Diego, and the Kiel University in Germany, has worked to unravel this mystery by analyzing the elements detected on the white dwarf star cataloged as G238-44. Their analysis includes data from NASA’s retired Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), the Keck Observatory’s High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) in Hawaii, and the Hubble Space Telescope’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) and Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).
The team’s results were presented at an American Astronomical Society (AAS) press conference on Wednesday, June 15, 2022.
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.
