Naines blanches + objets compacts

Les chercheurs de notre Institut n’étudient pas seulement les exoplanètes. Outre les planètes et les étoiles autour desquelles elles gravitent, nos scientifiques s’intéressent également aux étoiles « mortes ». Parfois appelés objets compacts ou cadavres stellaires, ce sont les objets qui restent à la fin de la vie d’une étoile, une fois qu’elle ait utilisé tout son carburant.

La mort d’une étoile

Le type de cadavre stellaire le plus commun est la naine blanche, le sort final de plus de 97 % des étoiles de notre Galaxie. Les naines blanches sont créées lorsqu’une étoile de taille petite à moyenne brûle tout son combustible de fusion nucléaire et que son noyau se contracte. Les couches extérieures sont soufflées pour créer une magnifique nébuleuse planétaire, révélant le noyau dense qui est devenu une naine blanche. Imaginez un objet ayant une masse similaire à celle de notre Soleil, mais comprimé à la taille de la Terre. Une cuillère à café de matière de naine blanche pèserait autant que trois éléphants d’Afrique! Tel sera le destin ultime de notre propre étoile, le Soleil.

Une représentation artistique d’une exoplanète orbitant le pulsar PSR B1257+12. (Crédit: NASA/JPL-Caltech)

Les étoiles à neutrons sont des cadavres stellaires encore plus extrêmes. Elles se forment lorsque des étoiles très massives n’ont plus de combustible. Le processus commence de la même manière que pour les naines blanches, mais dans ce cas, il y a trop de masse et le noyau qui se contracte dépasse le stade de la naine blanche. Le noyau se comprime en une boule de neutrons purs. Elles peuvent avoir une masse plusieurs fois supérieure à celle de notre Soleil, mais ne sont pas plus grandes qu’une ville. Ce sont les objets les plus denses que nous connaissions, et une petite poignée de matière d’étoile à neutrons sur la Terre pèserait autant qu’une montagne!

Pour les étoiles les plus massives, l’effondrement écrase même la boule ultra-dense de neutrons. Ces énormes étoiles peuvent se transformer en trous noirs lorsqu’elles épuisent leur combustible. Les trous noirs sont des objets extrêmes qui renferment tant de matière dans un espace si minuscule que même la lumière ne va pas assez vite pour s’en échapper si elle s’en approche trop.

Des planètes autour d’étoiles mortes?

Quel est le rapport entre ces objets compacts et les exoplanètes? Puisque les cadavres stellaires étaient autrefois des étoiles, ils ont pu avoir des systèmes planétaires. Ils peuvent même avoir conservé leurs planètes après leur mort. En fait, les premières exoplanètes jamais découvertes ne l’ont pas été autour d’une étoile ordinaire, mais plutôt autour d’une étoile à neutrons.

Il existe une catégorie spéciale d’étoiles à neutrons appelée pulsars. Ils doivent leur nom au fait qu’ils tournent et émettent des ondes radio avec une régularité incroyable, ce qui fait des pulsars les horloges les plus stables de l’Univers. Cette régularité des impulsions peut légèrement vaciller si d’autres objets gravitent autour du pulsar. C’est exactement ce type d’oscillation du pulsar qui a révélé la toute première exoplanète confirmée en 1992 autour du pulsar PSR 1257+12. Cette découverte a été faite par l’astronome canadien Dale Frail (OFR) et l’astronome polonais Aleksander Wolszczan.

Des naines blanches polluées

Une représentation artistique d’une comète détruite autour de la naine blanche G29-38. (Crédit: NASA/JPL-Caltech/GSFC)

Les naines blanches offrent une façon très différente d’étudier les exoplanètes. L’une des principales différences entre les naines blanches et les étoiles ordinaires est leur forte gravité de surface. La gravité à la surface d’une naine blanche ferait peser à un humain des millions de kilogrammes! Les éléments les plus lourds coulent donc rapidement, laissant une surface très propre et pure composée principalement d’hydrogène et d’hélium. En étudiant davantage de naines blanches, les astronomes ont découvert que certaines d’entre elles étaient « polluées » par des éléments plus lourds. Ces éléments lourds ne peuvent se trouver à la surface que s’ils s’y sont déposés récemment ou continuellement.

Comment les naines blanches peuvent-elles avoir des atmosphères polluées? Lorsqu’une étoile ordinaire s’approche de la fin de sa vie et se transforme en naine blanche, elle peut provoquer des instabilités gravitationnelles dans son système. Les objets tels que les planètes, les astéroïdes et les comètes qui étaient sur des orbites stables avant la mort de l’étoile peuvent maintenant devenir instables. Si l’un d’entre eux tombe trop près de la naine blanche, il peut facilement être déchiré et former un disque de matière qui sera accrété à sa surface. De telles naines blanches polluées nous montrent de quoi étaient faits ces objets déchiquetés. Il ne s’agit pas de mesurer la composition de l’atmosphère d’une exoplanète, car les naines blanches polluées révèlent également les matériaux de la croûte et du noyau de la planète, et non seulement les gaz atmosphériques.

On ne connaît pas encore de planètes autour des trous noirs, mais cela ne veut pas dire que ce n’est pas possible. Les chercheurs recherchent actuellement des signes de planètes dans des systèmes appelés binaires à rayons X, où un trou noir se nourrit d’un compagnon stellaire et émet de forts rayons X.

Les naines blanches et objets compacts à iREx

Plusieurs de nos chercheurs de l’iREx sont des experts de ces cadavres stellaires. Leur expertise de ces objets étranges nous aide à étudier les exoplanètes de manière unique. Pour en savoir plus, nous vous invitons à lire leurs profils: