Sciences

Une "exoplanète" en diamant autour d'un pulsar

ActualitéClassé sous :Astronomie , naine blanche , pulsar milliseconde

PSR J1719-1438 est un pulsar milliseconde, c'est-à-dire une étoile à neutrons en rotation très rapide, balayant l'espace avec un faisceau radio, à la façon d'un phare. Depuis la Terre, on remarque une modulation périodique de ce faisceau, trahissant la présence d'un astre en orbite. Aussi solide et dense qu'une planète en diamant, ce compagnon est en réalité un cœur de naine blanche cristallisé.

Une vue d'artiste d'une naine blanche au cœur de diamant. Des incertitudes existent quant à la proportion exacte de la naine blanche qui a cristallisé. Elle devrait se situer entre 30 et 80 %. © Travis Metcalfe, Ruth Bazinet, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Le grand astrophysicien théoricien Subrahmanyan Chandrasekhar a donné la première description valide de la structure des naines blanches. Étape finale de l'évolution des étoiles contenant au maximum quelques masses solaires quand elles ont épuisé leur carburant nucléaire, elles peuvent rassembler la masse du Soleil dans un volume de la taille de la Terre. Il s'agit donc d'astres très denses et qui se refroidissent très, très lentement. Elles ont été étudiées par bon nombre de grands théoriciens de l'astrophysique vers le milieu du siècle dernier, par exemple Evry Schatzman.

On a compris, suite aux progrès de l'astrophysique nucléaire d'après guerre, que l'essentiel d'une naine blanche devait être constitué de noyaux de carbone et d'oxygène baignant dans un gaz dégénéré d'électrons relativistes. Mais c'est au cours de l'année 1961 que divers astrophysiciens théoriciens, dont Salpeter, ont compris que le cœur d'une naine blanche devait assez rapidement se transformer en un immense réseau cristallin de noyaux de carbone et d'oxygène. Une part importante du volume d'une naine blanche devait ainsi ressembler à une sorte de diamant géant.

Une coupe classique d'une naine blanche pesant guère plus que 0,6 fois la masse du Soleil avec un cœur composé essentiellement de noyaux de carbone (C) et d'oxygène (O) entouré des couches d'hélium (He) et d'hydrogène (H). © University of Hertfordshire

Une équipe internationale de chercheurs plongeant dans les 200.000 gigaoctets de données accumulées par les observations de radiotélescopes australien et britannique a découvert une curieuse caractéristique du pulsar PSR J1719-1438. Son signal radio est modulé périodiquement, comme si un astre était en orbite autour de cette étoile à neutrons.

Une planète qui n'en est pas vraiment une,du diamant qui n'en est pas vraiment

L'analyse de ces données a conduit les astrophysiciens à en déduire qu'autour de ce pulsar situé à environ 4.000 années-lumière dans la constellation du Serpent, devait bel et bien se trouver un corps légèrement plus massif que Jupiter, d'un diamètre inférieur à 60.000 km et orbitant en 2 heures et 10 minutes autour de PSR J1719-1438. La distance entre les deux corps célestes étant de seulement 600.000 kilomètres et la masse du pulsar étant approximativement celle du Soleil, pour un diamètre de quelques dizaines de kilomètres, les forces de marée auraient déjà détruit le compagnon de PSR J1719-1438 si sa taille et sa masse étaient plus grandes.

La densité déduite de ces observations correspond à celle d'un corps composé de diamant sous forme cristallisée. Comme de plus on est en présence d'un pulsar milliseconde, ce corps ne doit pas être à proprement parler une exoplanète ressemblant à une planète carbonée.

En effet, le scénario qui colle le mieux aux observations est le suivant.

Une jeune étoile à neutrons tourne très vite sur elle-même mais cela ne dure qu'un temps. Prenant de l'âge, l'astre voit sa rotation se ralentir, ce qui a déconcerté les astrophysiciens lorsqu'ils ont trouvé les premiers pulsars millisecondes constitués d'une vieille étoile à neutrons. L'énigme a été résolue lorsque l'on a réalisé que ces pulsars possédaient un astre compagnon orbitant à une distance faible de l'étoile à neutrons. Lorsque cet astre était une géante rouge, une partie de sa matière, débordant des lobes de Roche, a été arrachée par les forces de marée du pulsar et, en s'accrétant sur celui-ci, elle lui a fourni du moment cinétique, accélérant sa rotation.

Dans le cas de PSR J1719-1438, l'étoile ayant perdu de la masse a fini par devenir une toute petite naine blanche qui s'est cristallisée, contenant donc essentiellement du carbone et de l'oxygène sous une forme rappelant le diamant. Difficile cependant d'être sûr de l'aspect de ce diamant géant...