Les débris planétaires les plus anciens de notre galaxie découverts grâce à une nouvelle étude

Leurs conclusions sont publiées aujourd’hui (5 novembre) dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, qui concluent qu’une naine blanche faible située à 90 années-lumière de la Terre, ainsi que les restes de son système planétaire en orbite, ont plus de dix milliards d’années.

Le destin de la plupart des étoiles, y compris celles comme notre Soleil, est de devenir une naine blanche. Une naine blanche est une étoile qui a brûlé tout son carburant et perdu ses couches externes et subit maintenant un processus de rétrécissement et de refroidissement. Au cours de ce processus, toutes les planètes en orbite seront perturbées et, dans certains cas, détruites, leurs débris s’accumulant à la surface de la naine blanche.

Pour cette étude, l’équipe d’astronomes, dirigée par l’Université de Warwick, a modélisé deux naines blanches inhabituelles qui ont été détectées par l’observatoire spatial GAIA de l’Agence spatiale européenne. Les deux étoiles sont polluées par des débris planétaires, l’une d’entre elles étant exceptionnellement bleue, tandis que l’autre est la plus faible et la plus rouge trouvée à ce jour dans le voisinage galactique local – l’équipe a soumis les deux à une analyse plus approfondie.

En utilisant les données spectroscopiques et photométriques de GAIA, du Dark Energy Survey et de l’instrument X-Shooter de l’Observatoire européen austral pour déterminer depuis combien de temps il se refroidit, les astronomes ont découvert que l’étoile «rouge» WDJ2147-4035 est d’environ 10,7 milliards ans, dont 10,2 milliards d’années ont été passées à se refroidir en tant que naine blanche.

La spectroscopie consiste à analyser la lumière de l’étoile à différentes longueurs d’onde, ce qui peut détecter quand des éléments de l’atmosphère de l’étoile absorbent la lumière à différentes couleurs et aide à déterminer de quels éléments il s’agit et leur quantité. En analysant le spectre de WDJ2147-4035, l’équipe a découvert la présence des métaux sodium, lithium, potassium et a provisoirement détecté du carbone accrétant sur l’étoile, ce qui en fait la plus ancienne naine blanche polluée par les métaux découverte à ce jour.

La deuxième étoile “bleue” WDJ1922+0233 n’est que légèrement plus jeune que WDJ2147-4035 et a été polluée par des débris planétaires d’une composition similaire à la croûte continentale terrestre. L’équipe scientifique a conclu que la couleur bleue de WDJ1922 + 0233, malgré sa température de surface froide, est causée par son atmosphère mixte inhabituelle d’hélium et d’hydrogène.

Les débris trouvés dans l’atmosphère presque pure d’hélium et de haute gravité de l’étoile rouge WDJ2147-4035 proviennent d’un ancien système planétaire qui a survécu à l’évolution de l’étoile en une naine blanche, ce qui a conduit les astronomes à conclure qu’il s’agit de la plus ancienne système planétaire autour d’une naine blanche découverte dans la Voie lactée.

L’auteure principale Abbigail Elms, doctorante au département de physique de l’Université de Warwick, a déclaré : « Ces étoiles polluées par les métaux montrent que la Terre n’est pas unique, il existe d’autres systèmes planétaires avec des corps planétaires similaires à la Terre. 97 % de toutes les étoiles deviendront des naines blanches et elles sont si omniprésentes dans l’univers qu’elles sont très importantes à comprendre, en particulier celles qui sont extrêmement froides.Formées à partir des étoiles les plus anciennes de notre galaxie, les naines blanches froides fournissent des informations sur la formation et l’évolution des systèmes planétaires autour des étoiles les plus anciennes de la Voie Lactée.”

“Nous trouvons les plus anciens vestiges stellaires de la Voie lactée qui sont pollués par des planètes autrefois semblables à la Terre. C’est incroyable de penser que cela s’est produit à l’échelle de dix milliards d’années, et que ces planètes sont mortes bien avant que la Terre ne soit même formée. .”

Les astronomes peuvent également utiliser les spectres de l’étoile pour déterminer à quelle vitesse ces métaux s’enfoncent dans le noyau de l’étoile, ce qui leur permet de regarder en arrière dans le temps et de déterminer l’abondance de chacun de ces métaux dans le corps planétaire d’origine. En comparant ces abondances aux corps astronomiques et au matériel planétaire trouvés dans notre propre système solaire, nous pouvons deviner à quoi auraient ressemblé ces planètes avant que l’étoile ne meure et ne devienne une naine blanche – mais dans le cas de WDJ2147-4035, cela a éprouvée difficile.

Abbigail explique : “L’étoile rouge WDJ2147-4035 est un mystère car les débris planétaires accrétés sont très riches en lithium et en potassium et ne ressemblent à rien de connu dans notre propre système solaire. C’est une naine blanche très intéressante car sa température de surface ultra-froide, la métaux le polluant, sa vieillesse, et le fait qu’il soit magnétique, le rend extrêmement rare.

Le professeur Pier-Emmanuel Tremblay du Département de physique de l’Université de Warwick a déclaré : « Lorsque ces vieilles étoiles se sont formées il y a plus de 10 milliards d’années, l’univers était moins riche en métaux qu’il ne l’est maintenant, puisque les métaux se forment dans les étoiles évoluées et gigantesques explosions stellaires. Les deux naines blanches observées offrent une fenêtre passionnante sur la formation planétaire dans un environnement pauvre en métaux et riche en gaz qui était différent des conditions lors de la formation du système solaire.

Cette recherche a reçu un financement du Conseil européen de la recherche dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne, de la subvention Leverhulme Trust et de la subvention consolidée UK STFC.