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Notre Voie lactée est entourée d'environ 150 amas globulaires, concentrations denses et sphériques de vieilles étoiles pauvres en éléments lourds. L'un d'entre eux, NGC 6397, est situé à seulement 7.200 années-lumière environ, selon les dernières estimations. Son âge est évalué à 11,5 milliards d'années d'après la théorie de l'évolutionthéorie de l'évolution stellaire, en raison de la position de ses étoiles dans le diagramme de Hertzsprung-Russelldiagramme de Hertzsprung-Russell.
Adrienne Cool, professeur de physiquephysique et d'astronomie à l'université de San Francisco, vient d'ajouter à son tableau de chasse plusieurs naines blanchesnaines blanches étranges, qu'elle a trouvées dans cet amas. Déjà, en 1998, cette astrophysicienne y avait découvert, avec ses collègues, un certain nombre de ces astresastres, pouvant atteindre à peu près la massemasse du SoleilSoleil pour une taille de l'ordre de celle de la Terre, et qui semblaient défier les modèles habituels prédisant la composition chimique des naines blanches.
Avec son étudiante de thèse, Rachel R. Strickler, elle vient de porter à 22 le nombres de naines blanches connues dans NGC 6397 et composées principalement d'héliumhélium. Or, selon la théorie de la nucléosynthèsenucléosynthèse stellaire, ces astres doivent apparaître comme constituées de carbonecarbone et d'oxygèneoxygène. Ce n'est pas la seule originalité des naines blanches de cet amas... Avec le temps les étoiles d'un amas globulaire stable se comportent en théorie comme des particules de différentes masses sédimentant dans un récipient d'eau. Or, les naines blanches en hélium découvertes sont non seulement deux fois moins massives que des étoiles typiques de ce genre mais on les trouve plutôt vers le centre de l'amas globulaire, alors qu'on les attendrait plutôt dans la périphérie.
Dans les carrés bleus, quelques-unes des naines blanches d'hélium découvertes dans NGC 6397. Crédit : Jay Anderson / Space Telescope Science Institute
Les naines blanches : des astres précieux pour l'astronomie
Les deux astrophysiciennes proposent une explication dans un article publié sur Arxive. Ces naines blanches feraient partie d'un système binairesystème binaire. Cette hypothèse a le mérite de résoudre d'un coup tous les problèmes. En effet, un système binaire est plus lourd qu'une seule naine blanche, et surtout, des processus d'accrétionaccrétion liés à un lobe de Roche peuvent entrer en jeu.
Dans un système binaire formé de deux étoiles proches, lorsque l'une d'entre elles passe au stade de géante rougegéante rouge, elle peut se dilater suffisamment pour que ses couches extérieures atteignent ce que l'on appelle le lobe de Roche. Les forces de maréeforces de marée de sa compagne déforme alors ces couches en leur donnant la forme d'un lobe et leur arrache de la matièrematière. La masse de la géante rouge diminue et, bien qu'elle finisse par se transformer en naine blanche, le processus de combustioncombustion de l'hélium capable de donner du carbone et de l'oxygène, est fortement défavorisé. Au final, la naine blanche qui reste correspond à un cœur d'hélium moins massif que le cœur de carbone et d'oxygène auquel on pourrait s'attendre.
Selon les chercheurs, environ 1 à 5% des naines blanches d'un amas feraient ainsi partie d'un système binaire. L'information peut sembler insignifiante mais ce genre de population serait suffisant pour modifier la mécanique statistique du gazgaz d'étoiles contenu dans un amas globulaire et rendrait peu probable la formation de trous noirstrous noirs intermédiaires entre ceux d'origine stellaire et ceux occupant le centre des galaxiesgalaxies.
Ces observations illustrent à quel point les naines blanches sont des outils puissants et souples pour étudier indirectement bien des processus astronomiques. On les utilise en effet lorsqu'elles deviennent des SN Ia pour déterminer la constante de Hubbleconstante de Hubble et la nature de l'énergie noireénergie noire accélérant l'UniversUnivers et l'on s'en sert pour estimer la population d'exoterres dans la Galaxie.
