Grâce aux naines blanches, voici venir l'archéologie des exoplanètes

Les étoiles dont la massemasse est inférieure à 8 fois celle du SoleilSoleil sont destinées à finir leur vie sous forme de naines blanchesnaines blanches. Elles n'exploseront pas en donnant des supernovaesupernovae SN II. En revanche, elles pourront donner des SN Ia si elles font partie d'un système binairesystème binaire. La théorie de la structure et de l'évolution stellaire nous dit que les naines blanches contiennent beaucoup de carbonecarbone et d'oxygèneoxygène mais que leurs atmosphèresatmosphères sont largement dominées par l'hydrogènehydrogène et l'héliumhélium.

L'explication de ce phénomène est simple et elle a été donnée dans les années 1940 par l'astrophysicienastrophysicien français Evry Schatzman. Les naines blanches sont des objets très compacts, dont la gravitégravité de surface est très élevée. Elles ne sont plus le siège de mouvementmouvement de convectionconvection mais d'un phénomène de « triage gravitationnel », de sorte que les éléments légers se retrouvent à la surface de l'étoile alors que les éléments lourds plongent vers l'intérieur.

Trop de fer et de silicium dans certaines naines blanches

Toutefois, on a constaté depuis quelques décennies que des éléments lourds, dit aussi métalliques dans le langage des astrophysiciens (c'est-à-dire autre que l'hydrogène et l'hélium), sont tout de même repérables par spectroscopie dans les atmosphères des naines blanches. Deux théories ont été proposées pour expliquer ces quantités anormales de carbone, de ferfer et de siliciumsilicium.

La première fait intervenir la pressionpression du rayonnement des naines blanches dont les températures de surface sont parfois très élevées, atteignant plusieurs dizaines de milliers de kelvinskelvins. Dans ces conditions, certains éléments lourds peuvent être maintenus en quelque sorte en lévitation dans l'atmosphère de ces étoilesétoiles.

Autour d'une naine blanche, certaines des planètes tournant autour d'elle peuvent avoir survécu à la phase géante rouge de cette étoile. Comme le montre cette image d'artiste, la naine blanche serait entourée d'un disque de débris et d'exoplanètes restantes. © Nasa-JPL / Caltech / T. Pyle (SSC)

La deuxième théorie a pris du poids et de l'importance au fur et à mesure que l'on a découvert les exoplanètesexoplanètes. Comme le phénomène de formation planétaire paraît désormais universel ou presque dans la Voie lactée, on peut imaginer que ces éléments lourds proviennent d'une accrétionaccrétion continuelle des restes des cortèges planétaires laissées par la phase de géante rougegéante rouge des étoiles génitrices des naines blanches.

Les traces d'exoplanètes disparues

Des astrophysiciens, qui viennent de déposer un article sur arxiv, pensent être parvenus à départager les deux théories. Cette équipe internationale s'est pour cela appuyée sur des mesures spectroscopiques précises réalisées dans l'ultravioletultraviolet par le télescopetélescope Fuse (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer). Elles concernent les abondances de carbone, de silicium, de phosphorephosphore et de soufresoufre dans les atmosphères de 89 naines blanches.

Il ressort des analyses de ces abondances qu'elles ne correspondent pas aux prédictions des modèles basés sur la lévitation des éléments lourds du fait de la pression de radiation. Au contraire, ces abondances sont bien celles que l'on peut attendre d'une contaminationcontamination de l'atmosphère de ces objets compacts par des matériaux rocheux d'origine planétaire.

L'énigme de la composition des atmosphères des naines blanches semblent donc résolue. En bonus, elle a ouvert une fenêtrefenêtre d'observation sur la composition interne des planètes rocheusesplanètes rocheuses extrasolaires et elle permet de faire de l'archéologie planétaire en analysant les traces laissées par des systèmes d'exoplanètes en fin de vie.