Exemple d’impression d’artiste d’une naine blanche – dans cette image la naine blanche MV Lyrae – s’accrétant en puisant dans la matière d’une étoile compagne. Crédit : Helena Uthas
Les astronomes ont utilisé un satellite de chasse aux planètes pour voir un nain blanc s’allumer et s’éteindre brusquement pour la première fois.
Les chercheurs dirigés par l’Université de Durham, au Royaume-Uni, ont utilisé NasaSatellite d’étude des exoplanètes en transit (ESSAI) pour observer le phénomène unique.
Les naines blanches sont ce que deviennent la plupart des étoiles après avoir brûlé l’hydrogène qui les alimente. Ils ont approximativement la taille de la Terre, mais ont une masse plus proche de celle du Soleil.
La naine blanche observée par l’équipe est connue pour s’accréter ou se nourrir à partir d’une étoile compagne en orbite.
Avec les nouvelles observations, les astronomes ont vu qu’il perdait de sa luminosité en 30 minutes, un processus qui ne se produisait auparavant que dans l’accumulation de naines blanches sur une période de plusieurs jours à plusieurs mois.
La luminosité d’une naine blanche en croissance est affectée par la quantité de matière environnante dont elle se nourrit, de sorte que les chercheurs disent que quelque chose interfère avec son approvisionnement alimentaire.
Ils espèrent que cette découverte les aidera à en savoir plus sur la physique derrière l’accrétion – où des objets comme les trous noirs, les naines blanches et les étoiles à neutrons se nourrissent de la matière environnante des étoiles voisines.
Les résultats sont publiés dans la revue Astronomie de la nature.
TW Pictoris est un système binaire relativement brillant où une naine blanche accumule la matière d’une étoile compagne. Les observations avec le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ont révélé comment TW Pictoris s’estompe soudainement et brusquement en moins de 30 minutes. La figure montre comment les observations TESS révèlent cette transition d’un mode clair marqué en bleu, à un mode faible marqué en rouge. Crédit : Simone Scaringi
L’équipe a observé le phénomène dans le système binaire de la naine blanche, TW Pictoris, qui se trouve à environ 1 400 années-lumière de la Terre.
TW Pictoris se compose d’une naine blanche qui se nourrit d’un disque d’accrétion environnant alimenté par l’hydrogène et l’hélium de sa plus petite étoile compagne. Au fur et à mesure que la naine blanche mange – ou s’accumule – elle devient plus lumineuse.
En utilisant les détails d’observation précis offerts par TESS – normalement utilisés pour rechercher des planètes en dehors de notre système solaire – l’équipe dirigée par Durham a vu des chutes brusques et des augmentations de luminosité jamais vues auparavant dans une naine blanche en accumulation sur des échelles de temps aussi courtes.
Parce que le flux de matière sur le disque d’accrétion de la naine blanche depuis son étoile compagne est relativement constant, il ne devrait pas affecter considérablement sa luminosité sur des échelles de temps aussi courtes.
Au lieu de cela, les chercheurs pensent que ce dont ils sont témoins pourrait être des reconfigurations du champ magnétique de surface de la naine blanche.
Le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) entièrement intégré, qui a été lancé en 2018 pour trouver des milliers de nouvelles planètes en orbite autour d’autres étoiles. Des chercheurs dirigés par l’Université de Durham, au Royaume-Uni, ont utilisé TESS pour observer le système binaire naine blanche TW Pictoris. Crédit : Orbital ATK / NASA
Pendant le mode « on », lorsque la luminosité est élevée, la naine blanche se nourrit du disque d’accrétion comme elle le ferait normalement. Soudainement et brusquement, le système s’éteint et sa luminosité s’effondre.
Les chercheurs disent que lorsque cela se produit, le champ magnétique tourne si rapidement qu’une barrière centrifuge empêche le carburant du disque d’accrétion de tomber constamment sur la naine blanche.
Le satellite d’étude des exoplanètes en transit (TESS) de la NASA est déplacé à l’intérieur de l’installation d’entretien des charges utiles au centre spatial Kennedy de l’agence en Floride. Crédit : NASA/Frankie Martin
Au cours de cette phase, la quantité de carburant dont la naine blanche est capable de se nourrir est régulée par un processus appelé gating magnétique.
Dans ce cas, le champ magnétique tournant de la naine blanche régule le carburant passant à travers une “porte” sur le disque d’accrétion, conduisant à de petites augmentations semi-régulières de luminosité vues par les astronomes.
Après un certain temps, le système se rallume sporadiquement et la luminosité revient à son niveau d’origine.
L’auteur principal, le Dr Simone Scaringi, du Centre d’astronomie extragalactique de l’Université de Durham, au Royaume-Uni, a déclaré : « Les variations de luminosité observées dans l’accumulation des naines blanches sont généralement relativement lentes, se produisant sur des échelles de temps de quelques jours à quelques mois.
“Voir la luminosité de TW Pictoris chuter en 30 minutes est en soi extraordinaire car cela n’a jamais été vu chez d’autres naines blanches accrétées et est totalement inattendu d’après notre compréhension de la façon dont ces systèmes sont censés alimenter le disque d’accrétion. Il semble s’allumer et s’éteindre.
« C’est vraiment un phénomène auparavant non reconnu et parce que nous pouvons établir des comparaisons avec un comportement similaire dans les étoiles à neutrons beaucoup plus petites, cela pourrait être une étape importante pour nous aider à mieux comprendre le processus par lequel d’autres objets accréteurs se nourrissent du matériau qui les entoure et le rôle important des champs magnétiques dans ce processus.
Comme les naines blanches sont plus courantes dans l’Univers que les étoiles à neutrons, les astronomes espèrent rechercher d’autres exemples de ce comportement dans les futurs projets de recherche pour en savoir plus sur l’accrétion.
Référence : « Une naine blanche accrétive affichant un changement rapide de mode de transition » 18 octobre 2021, Astronomie de la nature.
DOI : 10.1038/s41550-021-01494-x
La recherche a été financée au Royaume-Uni par l’Université de Durham. L’équipe de recherche comprenait également l’Institut national italien d’astrophysique, l’Observatoire astronomique sud-africain, l’Université du Cap et l’Université de l’État libre, tous deux également en Afrique du Sud, l’Université Radboud, aux Pays-Bas, l’Université de Southampton, au Royaume-Uni, et l’Université de Notre-Dame, États-Unis.
