mercredi 10 janvier 2018

Première cartographie des couches internes d'une naine blanche


Une équipe d'astrophysiciens internationale vient de cartographier pour la première fois la structure interne d'une étoile naine blanche, grâce à une étude fine d'astérosismologie effectuée avec le télescope spatial Kepler. Ils trouvent évidemment des nouveautés par rapport à ce qu'on pouvait attendre...




Noemi Giammichele (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Toulouse) et ses collègues ont observé avec Kepler la naine blanche KIC 08626021, qui montre des pulsations étonnantes. Ces infimes pulsations de luminosité, détectables par Kepler, sont liées à des vibrations internes de l'étoile. En analysant ces vibrations, à la manière de ce que font les sismologues sur Terre, il est possible de reconstruire une cartographie des différentes couches internes de l'étoile. Cette branche de l'astronomie est appelée l'asterosismologie, avec sa variante l'héliosismologie pour ce qui concerne notre étoile préférée.
Ce qui est très intéressant, c'est que les naines blanches, qui sont des résidus d'étoiles de faible masse comme le Soleil (inférieures à 8 masses solaires), doivent conserver dans leurs couches internes les traces des processus qui ont jalonné leur histoire, chaque étape de combustion nucléaire formant une couche d'un élément donné (hélium, puis carbone puis oxygène).  Les naines blanches sont utilisées pour dater des populations d'étoiles et elles sont à l'origine des supernovas de type Ia lorsqu'elles explosent après avoir accrété trop de matière d'une compagne ou lorsqu'elles se collisionnent entre elles. Ces supernovas sont cruciales en cosmologie pour mesurer l'expansion de l'Univers. On comprend aisément pourquoi les naines blanches sont si importantes à bien connaître pour les astrophysiciens. On estime d'ailleurs que près de 97% de toutes les étoiles finiront leur vie sous forme de naine blanche (le Soleil n'y échappera pas). 

Les astrophysiciens veulent ainsi savoir le plus précisément possible comment se sont déroulées les différentes phases de fusion nucléaire et les phénomènes de mélange convectif au sein des cœurs d'étoiles avant qu'elles ne deviennent des naines blanches. Noemi Giammichele  et ses collaborateurs apportent aujourd'hui une première réponse en déterminant par l'observation la stratification chimique des couches d'une naine blanche, jusqu'à son cœur et publient leurs résultat dans la revue Nature cette semaine. Noemi Giammichele et ses collaborateurs parviennent à observer, indirectement, comment se répartissent l'oxygène, le carbone et l'hélium, les trois ingrédients principaux de cette naine blanche particulièrement pauvre en hydrogène, sans avoir recours à de quelconques modèles d'évolution stellaire. Ils ont notamment observé que le cœur de la naine blanche KIC 08626021 est 40% plus gros que ce que les modèles prédisaient, avec une masse de 0,45 masse solaire. Il est également plus riche en oxygène que prévu (+15%), montrant une composition de 86% d'oxygène. Il faut dire que les modèles construits jusqu'à aujourd'hui reposent sur des codes de calculs qui traitent des processus physiques qui ont encore de grandes incertitudes. 
Ces beaux résultats mettent donc en question les modèles actuels d’évolution stellaire. Ces mesures inédites, qui en appellent d'autres, vont ainsi permettre aux astrophysiciens d'avancer toujours plus loin dans la compréhension du vieillissement des étoiles, en les faisant améliorer leurs théories.


Source 

A large oxygen-dominated core from the seismic cartography of a pulsating white dwarf
N. Giammichele, S. Charpinet, G. Fontaine, P. Brassard, E. M. Green, V. Van Grootel, P. Bergeron, W. Zong & M.-A. Dupret
à paraître dans Nature (en ligne le 8 janvier 2018)


Illustration

Les tremblements d’étoile génèrent des vibrations se propageant parfois jusqu’au coeur de l’astre, comme ici pour la naine blanche KIC 08626021 (Crédit: Stéphane Charpinet).