Les naines blanches sont des étoiles mourantes. Les astronomes les connaissent plutôt bien. Mais de nouvelles données toujours plus précises leur permettent aujourd’hui de les comprendre un peu mieux encore. Et d’espérer même qu’elles pourront les mener jusqu’à l’insaisissable matière noire.
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Dans la grande famille des étoiles, on trouve des individus parfois très différents les uns des autres. Des naines rouges, les plus petites de toutes. Des naines jaunes comme notre Soleil. Des géantes bleuesgéantes bleues. Ou encore des supergéantes rougessupergéantes rouges. Celles que les astronomesastronomes appellent les naines blanches correspondent en réalité à des étoiles mourantes. Lorsque notre Soleil aura brûlé tout son hydrogènehydrogène, il passera par ce stade de l'évolution stellaire.
L'une des caractéristiques des naines blanches, c'est leur formidable densité. On dit qu'une cuillère à café de leur matièrematière pèse plus d'une tonne. Résultat, leur attraction gravitationnelle peut être des centaines de fois plus forte que celle de notre Terre. De quoi tenter les astronomes de les utiliser comme des laboratoires naturels pour sonder les effets de la gravitégravité extrême. Mais aussi, pour chasser les particules exotiquesexotiques de matière noire.
Les naines blanches plus chaudes sont plus gonflées
Des chercheurs de l'université Johns Hopkins (États-Unis) publient justement aujourd'hui, dans The Astrophysical Journal, une étude portant sur plus de 26 000 de ces naines blanches. Des travaux qui confirment un effet prédit depuis longtemps, mais difficile à observer chez ces étoiles ultra-denses et mourantes. Les naines blanches plus chaudes sont légèrement plus gonflées que les plus froides, même lorsqu'elles ont la même massemasse.
Le saviez-vous ?
Pour mesurer comment les températures influencent le volume des couches externes gazeuses des naines blanches, les chercheurs ont mesuré le « décalage vers le rouge » – comprenez, l’étirement des ondes lumineuses émises par les naines blanches – qui résulte de la déformation de l’espace-temps causée par la gravité extrême. Une déformation prédite par la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Cette étude fait suite à une autre étude menée en 2020 sur 3 000 de ces étoiles et qui avait confirmé que les naines blanches rétrécissent à mesure qu'elles gagnent en masse en raison de la « pression de dégénérescencepression de dégénérescence des électronsélectrons ». C'est par ce processus de mécanique quantique que ces étoiles peuvent maintenir leur noyau dense stable pendant des milliards d'années. Mais jusqu'ici, l'équipe ne disposait pas de données suffisantes pour confirmer avec certitude l'effet plus subtil, mais important, des températures plus élevées sur cette relation masse-taille. Grâce à des observations du Sloan DigitalDigital Sky Survey et de la mission GaiaGaia, c'est désormais chose faite.
Des naines blanches à la matière noire, il pourrait n’y avoir qu’un pas
« La prochaine frontière pourrait être la détection de différences extrêmement subtiles dans la composition chimique des noyaux de naines blanches de différentes masses », précise Nadia Zakamska, professeur d'astrophysiqueastrophysique à l'université Johns Hopkins, dans un communiqué. « Nous ne comprenons pas entièrement la masse maximale qu'une étoile peut avoir pour former une naine blanche, par opposition à une étoile à neutronsétoile à neutrons ou à un trou noirtrou noir. Ces mesures de plus en plus précises peuvent nous aider à tester et à affiner les théories sur des processus mal compris dans l'évolution des étoiles. »
Au-delà de ça, ces observations pourraient également aider à repérer des signes de matière noirematière noire. « En fournissant une image plus détaillée des structures des naines blanches, il pourrait apparaître le signal d'un modèle particulier de matière noire qui entraîne un modèle d'interférenceinterférence dans notre galaxiegalaxie. Si deux naines blanches se trouvent dans la même zone d'interférence de matière noire, alors la matière noire modifierait la structure de ces étoiles de la même manière », explique Nicole Crumpler, astrophysicienne à Johns Hopkins.
« Nous nous sommes cogné la tête contre les mursmurs en essayant de comprendre ce qu'est la matière noire, mais je dirai que nous n'avons rien trouvé. Nous savons beaucoup de choses sur ce que la matière noire n'est pas. Nous avons également des contraintes sur ce qu'elle peut ou ne peut pas faire. Mais finalement, nous ne savons toujours pas ce qu'elle est. C'est pourquoi il est si important de comprendre les objets astrophysiques plus simples comme les naines blanches. Ils donnent l'espoir de découvrir ce que pourrait être la matière noire. »
