ASTRONOMIE - On écoute les vibrations d'une naine blanche au coeur cristallisé

On vient de découvrir une naine blanche massive dont l'atmosphère vibre du fait des analogues des ondes sismiques parcourant la Terre. Comme pour le Soleil, on peut donc sonder son intérieur avec l'astérosismologie et tester les modèles de ces étoiles massives.


Vue d'artiste d'une naine blanche au cœur de diamant. Les naines blanches les plus massives ont aussi un cœur cristallisé, mais pas en diamant.

Corot est hors service et Kepler agonise. Ces télescopes spatiaux n'ont pas fait que chasser les exoplanètes, ils ont également été conçus pour l’astérosismologie. Avec eux, on pouvait par exemple sonder l’intérieur des géantes rouges. Heureusement, on dispose encore d’instruments au sol qui permettent d’écouter les ondes qui font pulser les étoiles. Le télescope de 2,1 mètres du McDonald Observatory au Texas a récemment permis d’écouter le chant du cygne d’une étoile presque défunte assez particulière, comme l’explique des astrophysiciens dans un article déposé sur arxiv.

Il s’agit d’une naine blanche nommée GD 518, qui se trouve dans la constellation du Dragon à environ 170 années-lumière de la Terre. Sa masse n’est pas très loin de la mythique limite de Chandrasekhar, car elle est de 1,2 masse solaire. Il s’agit donc du résidu compact d’une étoile, qui devait contenir plusieurs fois la masse du Soleil avant d’éjecter une partie de sa matière en devenant une géante rouge.

Le grand astrophysicien théoricien Subrahmanyan Chandrasekhar a donné la première description valide de la structure des naines blanches. Étape finale de l'évolution des étoiles contenant au maximum quelques masses solaires quand elles ont épuisé leur carburant nucléaire, elles peuvent rassembler la masse du Soleil dans un volume de la taille de la Terre. Il s’agit donc d’astres très denses et qui se refroidissent très lentement. Elles ont été étudiées par nombre de grands théoriciens de l’astrophysique vers le milieu du siècle dernier, par exemple Evry Schatzman.

Un cœur de néon et d'oxygène auscultable par astérosismologie.

Avec les progrès de l’astrophysique nucléaire d’après-guerre, on a compris que l’essentiel d’une naine blanche devait être constitué de noyaux de carbone et d’oxygène baignant dans un gaz dégénéré d’électrons relativistes. Mais c’est au cours de l’année 1961 que divers astrophysiciens théoriciens, dont Salpeter, ont compris que le cœur d’une naine blanche devait assez rapidement se transformer en un immense réseau cristallin de noyaux de carbone et d’oxygène. Une part importante du volume d’une naine blanche devait ainsi ressembler à une sorte de diamant géant.

GD 518 est plus massive que la moyenne des naines blanches que l’on connaît. L’étoile dont elle provient a dû être si chaude que son cœur a fait fusionner les éléments qu’il contenait, comme du carbone, pour fabriquer du néon. Il est donc probable que GD 518 contiennent non pas un cœur cristallisé d’oxygène et de carbone, mais bien plutôt d’oxygène et de néon.

Or, l’atmosphère de cette naine blanche est visiblement parcourue par des ondes provenant de l’intérieur de l’étoile et qui font fluctuer sa luminosité. Selon les chercheurs, on peut donc pour la première fois faire de l’astérosismologie avec une naine blanche massive. Il est ainsi possible de vérifier les théories concernant la structure interne de ces étoiles, et donc aussi la théorie de l’évolution stellaire pour les naines blanches massives.