2015 : La naine blanche WD 11451017 détruit son système

Vue d'artiste de la destruction d'une planète naine par l'étoile WD1145+017. - NASA/M.GARLICK

Les astres qui filent dans le ciel nocturne ne sont pas toujours de bon augure. C'est ce qu'ont pu constater des astronomes qui ont observé une étoile pulvériser une planète, similaire à notre planète bleue. L'astrophysicien Andrew Vanderburg et ses collègues du Centre d'astrophysique Havard-Smithsonian sont les premiers (êtres humains) à avoir contemplé une "étoile de la mort", comme ils l'appellent eux même en référence à Star Wars.

L'explosion cosmique s'est déroulée à 570 années-lumières de la Terre, dans la constellation de la Vierge. Selon une étude publiée le 21 octobre dernier dans la revue scientifique anglaise Nature, les scientifiques ont regardé en temps réel à l'aide du télescope Kepler l'étoile attirer et désintégrer une planète tellurique, comme la Terre.

L'astre semblable au Soleil, mais en manque d'hydrogène a alimenté une réaction de fusion nucléaire puis s'est transformé en un objet 100 à 200 fois supérieur à sa taille initiale. Cette "étoile géante rouge" a fini par s'effondrer une fois arrivée au terme de sa vie et elle s'est changée en un corps plus petit appelé naine blanche. Les chercheurs comparent cette étoile dont la gravité est très intense "au phénomène observé dans Star Wars", rapportent nos confrères de France TV Info.

À l'origine, la mission du télescope Kepler est de repérer des exoplanètes dans la Voie lactée. Il était braqué sur la naine blanche WD 11451017 quand il a capté l'activité de "l'étoile de la mort". Pour l'astrophysicien Andrew Vanderburg, il s'agit de la première preuve de désintégration de planètes telluriques par une naine blanche. Selon les calculs des chercheurs, la matière d'une planète touchée tombe par la suite sous forme de poussière à la surface de la naine et se dissout dans ses profondeurs. Un élément qui explique la pollution aux métaux lourds autour de certaines étoiles.

L'étoile naine, repérée par les astronomes du Centre d'astrophysique Havard-Smithsonian, était à peine plus grande que la Terre. Cet incident a offert un aperçu aux scientifiques du sort que pourrait connaître notre planète dans cinq milliards d'années. En raison, de sa proximité avec le Soleil, il est fort probable que la Terre soit engloutie par une "étoile géante rouge" de la même manière. "Nous sommes dans un environnement beaucoup plus hostile que nous l'imaginons parfois", déclare l'astrophysicienne anglaise Carole Mundell, de l'Université de Bath, au Wall Street Journal.

Ici, pas de rayon laser destructeur mais une simple force irrésistible pour le dernier acte d’un opéra cosmique. Spoiler alert : ça se finit encore plus mal que chez Shakespeare. A plus de 500 années-lumière de la Terre, la Nasa a observé une « étoile de la mort » en train de cannibaliser une planète naine. « Un humain n’a jamais vu ça. Nous assistons à la destruction d’un système solaire », se réjouit l’astronome d’Harvard, Andrew Vanderburg

Située dans la constellation de la Vierge, l’étoile WD1145 + 017 est une naine blanche en fin de vie. Après avoir consommé la majorité de son carburant lors d’une phase d’expansion, elle s’est effondrée sur elle-même, pour une taille comparable à celle de la Terre mais avec une densité un million de fois supérieure à celle du Soleil, à une tonne par centimètre cube. L’observation a été réalisée par le télescope Kepler.
La Terre invivable d’ici un milliard d’années

L’étoile se trouve au voisinage d’une planète naine de la taille de Cérès d’environ 1.000 km de diamètre. Un peu plus de 800.000 km séparent les deux objets, soit deux fois la distance Terre-Lune. A chaque passage, toutes les quatre heures et demie, l’étoile cannibale arrache un petit bout de planète et l’aspire, provoquant une traînée de débris qui évoque celle d’une comète.

Cela va empirer. Bientôt, l’attraction gravitationnelle de la force de marée va disloquer le corps rocheux. D’ici un million d’années, il ne restera qu’un petit nuage de gaz, et du métal incorporé à la naine blanche.

Le destin de la Terre devrait être différent. Les scientifiques en débattent encore mais beaucoup estiment que notre planète sera avalée lors de la phase d’expansion du Soleil en géante rouge, dans environ 7 milliards d’années. Mais les conditions seront invivables bien avant, sans doute d’ici un à deux milliards d’années, alors que le Soleil va doubler de tailler d’ici 500 millions d’années et doucement transformer notre planète en désert. Si nous ne l’avons pas fait avant.

Une équipe internationale d'astronomes a annoncé la découverte d'un objet céleste rocheux de grande taille qui se désagrège et tourbillonne dans une spirale funeste autour d'une étoile naine blanche.

La découverte confirme une théorie de longue date sur les sources de pollution des atmosphères de naines blanches par des métaux.

"C'est tout simplement incroyable et personne n'avait encore observé ce phénomène à ce jour", a déclaré Andrew Vanderburg, premier auteur de la découverte et chercheur au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CFA) aux États-Unis. "Nous assistons à la destruction d'un système solaire en direct", a ajouté son collègue Patrick Dufour, professeur au Département de physique de l'Université de Montréal et chercheur à l'Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx).

Les variations de luminosité de la naine blanche WD 1145+017, située à environ 570 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge, ont intrigué l'équipe d'astrophysiciens dirigée par Andrew Vanderburg. Grâce aux données du télescope spatial Kepler, dont l'objectif est d'observer les variations infimes de l'éclat d'une étoile causées par des éclipses dues à la présence d'objets en orbite autour de cette dernière, l'équipe a pu mettre en évidence la présence de plusieurs corps célestes rocheux. Ces corps sont probablement des morceaux d'un astéroïde en train de se désagréger et orbitant autour de WD 1145+017 à une distance de 800 000 kilomètres environ (à peine un peu plus de deux fois la distance Terre-Lune), éclipsant leur étoile toutes les quatre heures et demie.

L'équipe a raffiné son analyse en faisant des observations supplémentaires à partir d'un certain nombre de télescopes basés au sol. En combinant toutes ces données, elle a pu mettre au jour les signatures d'autres fragments de cet astéroïde, tous ces fragments éclipsant la lumière de la naine blanche dans les mêmes intervalles de temps. La particularité de ces éclipses provient de la forte atténuation de la lumière de la naine blanche (jusqu'à 40 %), tout à fait exceptionnelle. De plus, la modélisation de la forme du signal provenant de l'éclipse, réalisée par le professeur Dufour, révèle que cet objet céleste pourrait ressembler à une comète. Ces deux résultats laissent alors supposer la présence d'un nuage étendu de poussière entourant les fragments de cet astéroïde dont la masse et la taille seraient proches de celles de Cérès, le plus grand astéroïde dans notre système solaire (1000 kilomètres de diamètre environ).
Montre-moi comment tu brilles, je te dirais qui tu es
C'est grâce aux travaux de modélisation de Patrick Dufour que l'équipe a pu déduire la présence et la nature du corps céleste de ces données. En effet, les chercheurs se sont efforcés de caractériser la naine blanche, autour de laquelle cet objet est en orbite, et son atmosphère.

Pour déduire la présence et la nature du corps céleste de ces données, les chercheurs se sont efforcés de caractériser la naine blanche autour de laquelle cet objet est en orbite.

Les naines blanches sont des étoiles "mortes" dont le coeur ne produit plus d'énergie par des réactions thermonucléaires. Ce sont des objets astronomiques très compacts dont le champ de gravité à leur surface est plus de 100 000 fois supérieur à celui de la Terre ! Les éléments chimiques les plus lourds (tels le carbone, le magnésium, le silicium, le fer, etc.) coulent donc rapidement vers le centre de l'étoile alors que l'hydrogène et l'hélium, les deux éléments les plus légers, auront tendance à "flotter" à sa surface. C'est ce qui explique que la très grande majorité des naines blanches connues possèdent une atmosphère très pure en hydrogène ou en hélium. Pourtant, il arrive que les chercheurs trouvent des traces de ces éléments lourds appelés communément métaux, dans l'atmosphère des naines blanches. Par quels mécanismes ces éléments lourds se retrouvent-ils à la surface de la naine blanche ?

WD 1145+017 est une naine blanche qui souffre de son environnent. La source principale des métaux présents dans son atmosphère ne vient pas de son coeur, mais plutôt de la présence d'une multitude de corps rocheux, qui perdent à chaque rotation autour de l'orbite de l'étoile une partie de leur poussière, ainsi que du disque de débris en orbite lui aussi. Bref, nous assistons à la chute rapide d'un astéroïde - disloqué en morceaux vers la naine blanche, annonçant sa destruction proche !

"Il existe maintenant un lien direct entre la pollution de l'atmosphère des naines blanches par des métaux et l'évolution et la destruction des planètes mineures telluriques", a mentionné Andrew Vanderburg.

Les travaux de modélisation du professeur Dufour sur WD 1145+017 ont également permis de déterminer la composition chimique de la poussière d'astéroïde qui s'est déposée à la surface de l'étoile.

"C'est très analogue à la Terre. L'étude de tels objets pourra nous en apprendre beaucoup sur la formation et la composition de planètes rocheuses autour d'autres étoiles", a ajouté M. Dufour.

Une question reste en suspens : quelle est l'origine de ces corps rocheux près de la naine blanche ? Un scénario probable serait possiblement qu'une planète rocheuse soit devenue instable sur son orbite, qu'elle ait plongé vers la naine blanche et se soit désagrégée. Une chose est sûre, ce phénomène, tout à fait hors du commun, sera de courte durée. Les restes rocheux se vaporiseront dans la couronne très chaude de WD 1145+017 ou seront soumis à la forte gravité de celle-ci. Dans quelques millions d'années tout au plus, les astrophysiciens n'y verront plus que du feu...

La découverte a été publiée le 22 octobre 2015 dans la revue Nature.

Cornell University Library a écrit:High-speed photometry of the disintegrating planetesimals at WD1145+017: evidence for rapid dynamical evolution
B.T. Gaensicke, A. Aungwerojwit, T.R. Marsh, V.S. Dhillon, D.I. Sahman, Dimitri Veras, J. Farihi, P. Chote, R. Ashley, S. Arjyotha, S. Rattanasoon, S.P. Littlefair, D. Pollacco, M.R. Burleigh
(Submitted on 30 Dec 2015 (v1), last revised 9 Jan 2016 (this version, v2))
We obtained high-speed photometry of the disintegrating planetesimals orbiting the white dwarf WD1145+017, spanning a period of four weeks. The light curves show a dramatic evolution of the system since the first observations obtained about seven months ago. Multiple transit events are detected in every light curve, which have varying durations(~3-12min) and depths (~10-60%). The time-averaged extinction is ~11%, much higher than at the time of the Kepler observations. The shortest-duration transits require that the occulting cloud of debris has a few times the size of the white dwarf, longer events are often resolved into the superposition of several individual transits. The transits evolve on time scales of days, both in shape and in depth, with most of them gradually appearing and disappearing over the course of the observing campaign. Several transits can be tracked across multiple nights, all of them recur on periods of ~4.49h, indicating multiple planetary debris fragments on nearly identical orbits. Identifying the specific origin of these bodies within this planetary system, and the evolution leading to their current orbits remains a challenging problem.