Une naine blanche à deux faces laisse les astronomes perplexes – Physics World

Une naine blanche à deux faces laisse les astronomes perplexes – Physics World

Horodatage: 19 juillet 2023 11:00

Cette impression d'artiste de l'étoile naine blanche à deux faces montre l'étoile comme une boule bleu-blanc brillante, dont un côté est plus sombre et plus granuleux que l'autre.
Hydrogène et hélium : vue d'artiste de l'étoile naine blanche à deux faces. (Avec l'aimable autorisation de K Miller, Caltech/IPAC)

Une étoile naine blanche à rotation rapide qui contient deux hémisphères opposés – l’un recouvert d’hydrogène et l’autre d’hélium – incite les astronomes à se demander comment elle en est arrivée là. L'étoile, surnommée « Janus » en hommage au dieu romain à deux visages de la transition, a été découverte par le Installation transitoire de Zwicky (ZTF) à l'observatoire Palomar aux États-Unis, et une explication possible est qu'il s'agit du résultat d'un champ magnétique puissant mais déséquilibré généré par la fusion de deux naines blanches.

Les naines blanches sont les restes d'étoiles semblables au Soleil qui ont cessé leurs réactions nucléaires à l'intérieur, ont soufflé leurs couches externes et ont subi une contraction gravitationnelle de leurs noyaux restants. Les objets résultants ont à peu près la taille de la Terre, mais avec la masse d’une étoile.

Bien que les naines blanches naissent chaudes, elles se refroidissent progressivement à mesure qu’elles vieillissent. Ce refroidissement affecte leur structure. À des températures supérieures à 35,000 35,000 K, leurs surfaces sont recouvertes d'une couche d'hydrogène qui enveloppe une sous-couche d'hélium. Une fois que la température de surface refroidit entre 25,000 XNUMX et XNUMX XNUMX K (la température exacte dépend de la masse de l'étoile), cette couche d'hélium commence à convecter. Si la couche supérieure d’hydrogène est suffisamment fine, elle peut se dissiper dans l’hélium en mouvement.

Environ 40 % des naines blanches ont effectué cette transition de la dominance de l’hydrogène à la dominance de l’hélium. Cependant, comme la transition se produit normalement en quelques secondes, personne ne l’a jamais vu se produire – jusqu’à peut-être maintenant.

Coincé dans la transition ?

Officiellement désignée ZTF J203349.8+322901.1 (les chiffres sont les coordonnées de son ascension droite et de sa déclinaison dans le ciel) et située à plus de 1300 XNUMX années-lumière, la naine blanche Janus a attiré l'attention de l'astrophysicien du California Institute of Technology. Ilaria Caiazzo en raison de ses changements rapides de luminosité. Des observations supplémentaires réalisées par Palomar et d'autres installations ont montré que l'étoile effectue une rotation toutes les 15 minutes, au cours de laquelle sa luminosité varie d'un maximum lorsque sa face recouverte d'hydrogène est pointée vers la Terre, à un minimum lorsque l'on voit l'hémisphère opposé recouvert d'hélium.

La question est, pourquoi ? "Nous aurions peut-être enfin attrapé une naine blanche en train de faire une transition", explique Caiazzo. Monde de la physique. En fait, d’après les conclusions de l’équipe que Caiazzo a constituée pour enquêter sur la découverte, Janus semble être coincé dans une transition. Sur l’un de ses hémisphères, la convection de l’hélium semble avoir consommé l’hydrogène, mais mystérieusement, la même chose ne semble pas s’être produite sur l’autre. Écrire dans Nature, l'équipe suggère qu'un champ magnétique suffisamment puissant, décalé par rapport au centre de la naine blanche, pourrait inhiber la convection de l'hélium sur un hémisphère et pas sur l'autre, mais cette explication est provisoire. Inutile de dire que personne n’a jamais vu une naine blanche composée de deux moitiés auparavant.

"Aucun modèle ne prédit cela", déclare un membre de l'équipe Pier-Emmanuel Treblay, astronome à l'Université de Warwick, Royaume-Uni. "En astrophysique, lorsque quelque chose ne va pas et doit être réglé avec précision, les gens invoquent souvent des champs magnétiques, et ceci en est un parfait exemple."

Environ 20 % des naines blanches sont magnétiques et certaines ont des intensités de champ allant jusqu'à 1 milliard de Gauss. À titre de comparaison, le champ magnétique terrestre est d'un demi-Gauss, tandis que l'intensité du champ magnétique à la surface du Soleil est d'environ un Gauss. Pour Janus, l’équipe estime que le champ doit être compris entre 1000 1 et XNUMX million de Gauss. Si c'était plus fort, cela déformerait les raies spectrales de l'étoile.

"Pour Janus, nous supposons qu'il existe un champ magnétique car il serait très difficile d'expliquer autrement la composition différente sur les deux faces", explique Caiazzo. Cependant, ajoute-t-elle, « nous ne savons toujours pas pourquoi seules certaines naines blanches sont magnétiques et d’où vient cette énorme diversité d’intensités de champ. »

Une fusion naine blanche ?

Le champ magnétique puissant et déséquilibré de Janus, son taux de rotation rapide, sa masse élevée (entre 1.20 et 1.27 masses solaires) et sa composition à deux faces suggèrent tous une naine blanche tout à fait remarquable. Pour Tremblay, cela indique que d’autres facteurs peuvent être en jeu. "Il doit y avoir quelque chose de spécial chez cette naine blanche en plus d'un champ magnétique", dit-il.

Tremblay suppose que Janus aurait pu se former par la fusion de deux naines blanches – un événement qui aurait pu créer des dynamos magnétiques internes. "La rotation rapide, la génération et l'asymétrie du champ magnétique indiquent toutes une évolution binaire et une fusion", dit-il.

Tremblay est également sceptique quant au fait que le champ magnétique soit un dipôle décalé. La structure du champ magnétique interne des étoiles naines blanches n’est pas encore bien comprise et, selon lui, l’invocation d’un dipôle décalé pourrait cacher une géométrie de champ magnétique d’ordre supérieur.

«À mon avis, cela signifie que le champ magnétique n'est peut-être pas dipolaire», explique Tremblay. « Il pourrait s'agir plutôt d'un quadripôle, à quatre pôles, par exemple. Cela ne signifie pas nécessairement que le champ est décalé par rapport au centre.

Implications pour les mesures de distance

Lorsque les naines blanches explosent sous forme de supernovae de type Ia, leur luminosité bien comprise permet aux astronomes de les traiter comme des bougies standards – un outil essentiel pour mesurer les distances à travers le cosmos et le taux d’expansion de l’univers. Cependant, les astronomes ne savent toujours pas combien de supernovae de type Ia se produisent lorsqu'une seule naine blanche accumule trop de matière provenant d'une étoile compagne et explose, et combien se produisent en raison de la fusion de deux naines blanches qui, une fois combinées, dépassent la masse de Chandrasekhar. limite de 1.44 masse solaire et exploser.

Si Janus est effectivement le produit de la fusion de deux naines blanches plus petites, la découverte de davantage d’exemples de naines blanches à moitié transitionnées permettra aux astronomes de limiter le nombre de tels systèmes et de déterminer dans quelle mesure ils pourraient contribuer à la population des supernovae de type Ia.

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