Une naine blanche met en lumière le chaos systémique qui se produit lorsqu’une étoile meurt

Il s’agit du premier cas de cannibalisme cosmique dans lequel des astronomes ont observé une naine blanche consommant à la fois des matériaux rocheux métalliques, probablement d’un astéroïde proche, et des matériaux glacés, présumés provenir d’un corps similaire à ceux trouvés dans la ceinture de Kuiper à la frange. de notre propre système solaire.

“Nous n’avons jamais vu ces deux types d’objets s’accumuler sur une naine blanche en même temps”, a déclaré le chercheur principal Ted Johnson, un spécialiste de la physique et de l’astronomie à l’UCLA qui a obtenu son diplôme la semaine dernière. “En étudiant ces naines blanches, nous espérons mieux comprendre les systèmes planétaires encore intacts.”

Les résultats sont basés sur une analyse des matériaux capturés par l’atmosphère de G238-44, une naine blanche à environ 86 années-lumière de la Terre, en utilisant des données d’archives du télescope spatial Hubble et d’autres satellites et observatoires de la NASA. Une naine blanche est le noyau brûlé qui reste après qu’une étoile comme notre soleil a perdu ses couches externes et cessé de brûler du carburant par fusion nucléaire.

Aussi surprenant que soit le régime alimentaire varié de la naine blanche, les découvertes sont également intrigantes car les astronomes pensent que des objets glacés se sont écrasés et ont irrigué des planètes sèches et rocheuses de notre système solaire, y compris la Terre. Il y a des milliards d’années, on pense que les comètes et les astéroïdes ont apporté de l’eau à notre planète, créant ainsi les conditions nécessaires à la vie. La composition du matériau détecté pleuvant sur G238-44 implique que les réservoirs glacés pourraient être courants parmi les systèmes planétaires, a déclaré le co-auteur de la recherche Benjamin Zuckerman, professeur de physique et d’astronomie à l’UCLA.

“La vie telle que nous la connaissons nécessite une planète rocheuse recouverte d’une variété d’éléments volatils comme le carbone, l’azote et l’oxygène”, a déclaré Zuckerman. “L’abondance des éléments que nous voyons sur cette naine blanche semble provenir à la fois d’un corps parent rocheux et d’un corps parent riche en volatils – le premier exemple que nous avons trouvé parmi les études de centaines de naines blanches.”

Chaos et destruction : de l’étoile vivante à la géante rouge et à la naine blanche

Les théories de l’évolution du système planétaire décrivent la disparition d’une étoile comme un événement turbulent et chaotique, qui commence lorsqu’elle explose de manière exponentielle dans ce qu’on appelle une géante rouge, puis perd rapidement ses couches externes, s’effondrant en une naine blanche. une étoile super dense de la taille de la Terre, avec une masse de notre soleil. Le processus perturbe considérablement les orbites des planètes restantes, et des objets plus petits – astéroïdes, comètes, lunes – qui s’aventurent trop près d’eux peuvent être dispersés comme des flippers et envoyés précipitamment vers la naine blanche.

Cette étude confirme la véritable ampleur du chaos, montrant que dans les 100 millions d’années après le début de sa phase de naine blanche, l’étoile est capable de capturer et de consommer simultanément des matériaux de sa ceinture d’astéroïdes voisine et de ses régions lointaines de type ceinture de Kuiper. .

Bien que les astronomes aient répertorié plus de 5 000 planètes en dehors de notre système solaire, la seule planète dont nous ayons une connaissance directe de la composition intérieure est la Terre. Parce que les matériaux qui s’accumulent sur G238-44 sont représentatifs des éléments constitutifs des principales planètes, ce cannibalisme nain blanc offre une occasion unique de démonter les planètes et de voir de quoi elles étaient faites lorsqu’elles se sont formées pour la première fois autour de l’étoile, a déclaré Beth, chercheuse en astronomie à l’UCLA. Klein, membre de l’équipe.

L’équipe a mesuré la présence d’azote, d’oxygène, de magnésium, de silicium et de fer, entre autres éléments, dans l’atmosphère de la naine blanche. Leur détection de fer en très grande abondance est la preuve des noyaux métalliques des planètes terrestres, comme la Terre, Vénus, Mars et Mercure, a déclaré Johnson. Des abondances d’azote élevées de manière inattendue les ont amenés à conclure que des corps glacés étaient également présents.

“Le meilleur ajustement pour nos données était un mélange de près de deux pour un de matériaux de type mercure et de matériaux de type comète, qui sont constitués de glace et de poussière”, a déclaré Johnson. “Le fer métallique et la glace d’azote suggèrent chacun des conditions extrêmement différentes de formation planétaire. Il n’y a aucun objet connu du système solaire avec autant des deux.”

Les chercheurs disent que le scénario ultime pour notre propre soleil dans environ 5 milliards d’années sera probablement assez similaire à ce qui a été observé avec G238-44. Pendant la phase de géante rouge du soleil, la Terre pourrait être complètement vaporisée avec les planètes intérieures, prédisent-ils.

Les orbites de nombreux astéroïdes de la principale ceinture d’astéroïdes de notre système solaire seront gravitationnellement perturbées par Jupiter et tomberont également sur le reste de naine blanche que deviendra le soleil, a-t-il déclaré.

Pendant plus de deux ans, le groupe de recherche de l’UCLA, avec des collègues de l’UC San Diego et de l’Université de Kiel en Allemagne, a travaillé pour percer le mystère de G238-44 en analysant les éléments détectés sur l’étoile naine blanche.

Leur analyse comprenait des données provenant de l’ancien explorateur spectroscopique dans l’ultraviolet lointain de la NASA, du spectromètre Echelle à haute résolution de l’observatoire Keck à Hawaï et du spectrographe Cosmic Origins du télescope spatial Hubble et du spectrographe d’imagerie du télescope spatial. Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’Agence spatiale européenne.

Les résultats de l’équipe ont été présentés lors d’une conférence de presse de l’American Astronomical Society le 15 juin.