Les derniers instants des restes planétaires vus pour la première fois

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Une nouvelle étude confirme des décennies de preuves indirectes de débris de planètes en désintégration se précipitant dans des naines blanches à travers la galaxie. L’Université de Warwick voit les rayons X des débris planétaires chauffés à un million de degrés alors qu’ils tombent sur le noyau mort de son étoile hôte.

Artist’s impression of a white dwarf, G29—38, accreting planetary material from a circumstellar debris disk. When the planetary material hits the white dwarf surface, a plasma is formed and cools via detectable X-ray emission. Credit: University of Warwick/Mark GarlickVue d’artiste d’une naine blanche, G29—38, accrétant des matériaux planétaires à partir d’un disque de débris circumstellaire. Lorsque le matériau planétaire frappe la surface de la naine blanche, un plasma se forme et se refroidit via une émission de rayons X détectable. Crédit : © Université de Warwick/Mark Garlick.

Le moment où des débris de planètes détruites impactent la surface d’une étoile naine blanche a été observé pour la première fois par des astronomes de l’Université de Warwick. Ils ont utilisé des rayons X pour détecter le matériau rocheux et gazeux laissé par un système planétaire après la mort de son étoile hôte lors de sa collision et de sa consommation à la surface de l’étoile. Publiés aujourd’hui (9 février) dans la revue Nature, les résultats sont la première mesure directe de l’accrétion de matériau rocheux sur une naine blanche, et confirment des décennies de preuves indirectes d’accrétion dans plus d’un millier d’étoiles jusqu’à présent. L’événement observé s’est produit des milliards d’années après la formation du système planétaire. Le destin de la plupart des étoiles, y compris celles comme notre Soleil, est de devenir une naine blanche. Plus de 300 000 étoiles naines blanches ont été découvertes dans notre galaxie, et on pense que beaucoup accumulent les débris des planètes et d’autres objets qui tournaient autrefois autour d’elles. Depuis plusieurs décennies, les astronomes utilisent la spectroscopie aux longueurs d’onde optiques et ultraviolettes pour mesurer les abondances d’éléments à la surface de l’étoile et en déduire la composition de l’objet dont elle est issue. Les astronomes ont des preuves indirectes que ces objets s’accumulent activement à partir d’observations spectroscopiques, qui montrent que 25 à 50% des naines blanches avec des éléments lourds tels que le fer, le calcium et le magnésium polluent leurs atmosphères.

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Jusqu’à présent cependant, les astronomes n’avaient pas vu le matériau alors qu’il était attiré dans l’étoile. Le Dr Tim Cunningham du département de physique de l’Université de Warwick a déclaré : “Nous avons enfin vu du matériel entrer réellement dans l’atmosphère de l’étoile. C’est la première fois que nous avons pu dériver un taux d’accrétion qui ne dépend pas de modèles détaillés de l’atmosphère des naines blanches. Ce qui est assez remarquable, c’est qu’il s’accorde extrêmement bien avec ce qui a été fait auparavant. “Auparavant, les mesures des taux d’accrétion utilisaient la spectroscopie et dépendaient des modèles de naines blanches. Ce sont des modèles numériques qui calculent la vitesse à laquelle un élément descend de l’atmosphère dans l’étoile, et qui vous indiquent la quantité qui tombe dans l’atmosphère sous forme de taux d’accrétion. Vous pouvez ensuite revenir en arrière et déterminer la quantité d’un élément dans le corps parent, qu’il s’agisse d’une planète, d’une lune ou d’un astéroïde”.

Une naine blanche est une étoile qui a brûlé tout son carburant et perdu ses couches externes, détruisant ou perturbant potentiellement tout corps orbital dans le processus. Au fur et à mesure que la matière de ces corps est attirée dans l’étoile à une vitesse suffisamment élevée, elle heurte la surface de l’étoile, formant un plasma chauffé par choc. Ce plasma, dont la température est comprise entre 100 000 et un million de degrés Kelvin, se dépose ensuite à la surface et, en se refroidissant, émet des rayons X qui peuvent être détectés. Les rayons X sont similaires à la lumière que nos yeux peuvent voir, mais ont beaucoup plus d’énergie. Ils sont créés par des électrons très rapides (les enveloppes extérieures des atomes, qui constituent toute la matière qui nous entoure). Communément connus pour leur utilisation en médecine, les rayons X en astronomie sont la principale empreinte digitale des matériaux qui pleuvent sur des objets exotiques tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons.

La détection de ces rayons X est très difficile car la petite quantité qui atteint la Terre peut être perdue parmi d’autres sources lumineuses de rayons X dans le ciel. Les astronomes ont donc profité de l’observatoire de rayons X de Chandra, normalement utilisé pour détecter les rayons X des trous noirs et des étoiles à neutrons qui s’accrétent, pour analyser la naine blanche voisine G29–38. Grâce à la résolution angulaire améliorée de Chandra par rapport aux autres télescopes, ils ont pu isoler l’étoile cible des autres sources de rayons X et visionner, pour la première fois, les rayons X d’une naine blanche isolée. Il confirme des décennies d’observations de matériaux s’accumulant dans des naines blanches qui se sont appuyées sur des preuves issues de la spectroscopie. Le Dr Cunningham ajoute : “Ce qui est vraiment excitant dans ce résultat, c’est que nous travaillons à une longueur d’onde différente, les rayons X, et cela nous permet de sonder un type de physique complètement différent. “Cette détection fournit la première preuve directe que les naines blanches accumulent actuellement les restes d’anciens systèmes planétaires. Sonder l’accrétion de cette manière fournit une nouvelle technique par laquelle nous pouvons étudier ces systèmes, offrant un aperçu du sort probable des milliers de systèmes planétaires connus. systèmes exoplanétaires, y compris notre propre système solaire”.

Pour aller plus loin :

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Cunningham, T., Wheatley, P.J., Tremblay, PE. et al. A white dwarf accreting planetary material determined from X-ray observations. Nature 602, 219–222 (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04300-w

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