Cette année, on va fêter les 30 ans de la découverte des exoplanètes autour d’étoiles sur la séquence principale. Mais il ne faudrait pas oublier qu’on en découvre aussi autour de cadavres d’étoiles comme les étoiles à neutrons et les naines blanches. Comme le montre un article disponible en accès libre sur arXiv, les astronomesastronomes ont même été capables de découvrir une exoplanète en cours de destruction autour d’une naine blanche et pas n’importe laquelle : WD 2226-210, au cœur de la nébuleuse planétairenébuleuse planétaire de l’Hélice, à seulement environ 650 années-lumièreannées-lumière du Système solaireSystème solaire.
Rappelons que les naines blanches sont des restes d’étoiles ayant épuisé leur carburant après la combustioncombustion thermonucléaire des noyaux d’hydrogènehydrogène et d’héliumhélium. Il faut pour cela que l’étoile initiale n’ait pas été plus massive que 8 massesmasses solaires. Une fois la combustion arrêtée et après avoir éjecté en raison d’instabilités une bonne partie de ses couches supérieures, une telle étoile se contracte sous l’effet de sa propre gravitégravité à laquelle ne s’oppose plus la pressionpression du rayonnement libéré par les réactions de fusionfusion thermonucléaire. On obtient alors un astreastre d’une masse inférieure à environ 1,4 masse solaire (la fameuse limite de Chandrasekhar) concentrée dans un volumevolume de l’ordre de celui de la Terre.
Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (ECP Productions, 2010). Jean-Pierre Luminet parle de l’évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges, puis en naines blanches. © Jean-Pierre Luminet
Les nébuleuses planétaires sont observées depuis plus de deux siècles
Quand on l’observe peu de temps après sa naissance, une White Dwarf (naine blanche, en anglais) est entourée temporairement par une nébuleuse en émissionémission constituée d’une coquille de gazgaz en expansion éjectée lorsque l’étoile était en transition de l’état de géante rougegéante rouge à l’état de naine blanche pendant son passage sur la branche asymptotique des géantesbranche asymptotique des géantes du fameux diagramme de Hertzsprung-Russelldiagramme de Hertzsprung-Russell.
La bulle de matièrematière ionisée par les photonsphotons ultravioletsultraviolets émis par la WD de cette nébuleuse, qui est devenue très chaude (50 000 à 100 000 K), est en expansion à une vitessevitesse de 20 à 30 kilomètres par seconde (70 000 à 100 000 km/h).
On connaît environ 1 500 nébuleuses planétaires dans notre GalaxieGalaxie. La première découverte est la nébuleuse de l’Haltèrenébuleuse de l’Haltère dans la constellationconstellation du Petit Renard. Le terme de « planétaire » est proposé la première fois par William HerschelWilliam Herschel en 1785 en raison de la ressemblance visuelle entre ces objets et la planète qu’il venait de découvrir : Uranus.
Mais, depuis l’essor de l’astronomie dans le domaine des rayons Xrayons X, la naine blanche WD 2226-210 s’était signalée aux satellites en orbiteorbite par sa singularité. En effet, déjà dans les années 1980, l’observatoire EinsteinEinstein et le télescope Rosat avaient détecté des émissions de rayons X anormalement énergétiques, que l’on n’observe généralement pas avec les autres naines blanches.
L’énigme a été confirmée plus tard par des stars de l’astronomie X que sont ChandraChandra de la NasaNasa et XMM-Newton de l’ESAESA. Mais, selon les astrophysiciensastrophysiciens qui ont aujourd’hui analysé plus en profondeur les données des deux missions et de Rosat, prises entre 1992 et 2002, ces émissions seraient dues à de la matière en accrétionaccrétion sur la naine blanche, matière provenant de la destruction par les forces de maréeforces de marée de WD 2226-210. Le communiqué de la Nasa à ce sujet reste tout de même prudent en expliquant que « si cela se confirme, ce serait le premier cas d’une planète détruite par l’étoile centrale d’une nébuleuse planétaire ».
Une accrétion modulée par une exoplanète en orbite rapprochée
Quels sont aujourd’hui les arguments en faveur de cette interprétation ? Il faut déjà savoir que si les observations montraient des émissions quasiment constantes en rayons X énergétiques, les mesures avec une résolutionrésolution plus fine indiquent maintenant une modulationmodulation périodique de la luminositéluminosité X toutes les 2,9 heures, précisément ce que l’on attend si le phénomène est lié à une planète en orbite rapprochée, dont la matière tombe sur la naine blanche en s’échauffant au point d’être ionisée et d’émettre des rayons X.
Enfin, d’autres observations indiquent la présence, depuis un moment déjà, d’une exoplanète de la taille de NeptuneNeptune effectuant une révolution complète en moins de trois jours autour de WD 2226-210.
Notre connaissance des exoplanètes, théorique et expérimentale, nous suggère alors qu’une autre exoplanète de la taille de JupiterJupiter cette fois, pourrait exister en orbite et que tout comme dans la cas de l’exoNeptune, les perturbations gravitationnelles entre ces exoplanètes auraient pu les faire migrer proche de la naine blanche. Son enveloppe de gaz aurait donc été arrachée sous l’effet des forces de marée colossales de WD 2226-210, le processus de destruction étant en cours et se produisant toujours sous nos yeuxyeux, mais avec un décalage de 650 années du fait de la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière finie.
Après avoir suivi pendant des décennies un signal de rayons X déroutant provenant d’une étoile mourante, les astronomes ont peut-être enfin expliqué sa source : la vieille étoile aurait pu détruire une planète proche. Depuis 1980, des missions de rayons X ont détecté une valeur inhabituelle au centre de la nébuleuse de l’Hélice. Grâce aux missions de rayons X les plus puissantes du moment, l’observatoire de rayons X Chandra de la Nasa et le XMM-Newton de l’ESA, ils ont désormais une image beaucoup plus claire de cette énigme vieille de plusieurs décennies. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory
Le communiqué de la Nasa explique aussi que : « WD 2226-210 présente certaines similitudes dans son comportement aux rayons X avec deux autres naines blanches qui ne se trouvent pas à l’intérieur de nébuleuses planétaires. L’une d’elles arrache peut-être de la matière d’une planète compagne, mais de manière plus calme sans que la planète ne soit rapidement détruite. L’autre naine blanche entraîne probablement de la matière des vestiges d’une planète sur sa surface. Ces trois naines blanches pourraient constituer une nouvelle classe d’objets variables ou changeants ».
Une présentation de l’Histoire de l’astronomie X. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © University of California Television (UCTV)
Le saviez-vous ?
Il y a plus de 70 ans, une nouvelle fenêtre d’observation s’était ouverte en astronomie, celle des rayons X lorsqu’une fusée V2 avait emporté un détecteur pour observer le rayonnement du Soleil dans cette bande de longueurs d’onde, une grande première pour l’époque. Les rayons X étant facilement stoppés par l’atmosphère (mais pas par le milieu interstellaire, des rayons X de longueurs d’onde inférieures à un nanomètre pouvant traverser de part en part la Voie lactée), on savait que l’on ne pouvait pas observer ce rayonnement prédit théoriquement à partir de la détermination de la température très élevée du plasma de la couronne solaire (106 K) sans sortir de l’atmosphère.
Mais il ne s’agissait pas encore de mettre en orbite un satellite. Il faudra attendre pour cela l’année 1970 avec le lancement d’Uhuru (liberté, en swahili), nommé ainsi pour remercier le Kenya qui hébergeait dans ses eaux continentales la plateforme, d’où a été lancé le satellite, le 12 décembre, jour de l’anniversaire de l’indépendance du Kenya.
L’essor de l’astronomie X
Ce fut une révolution avec la réalisation en quelques années de la première carte de la voûte céleste en rayons X et la découverte ou l’étude plus précise de plusieurs centaines de sources, dont certaines sont devenues célèbres, comme Centaurus X-3, le premier pulsar X découvert et Cygnus X-1, le premier candidat au titre de trous noirs. Derrière ce succès, se trouvait le groupe du prix Nobel de physique italo-états-unien Riccardo Giacconi, décédé le 9 décembre 2018 à l’âge de 87 ans, qui avait découvert Scorpius X-1 en 1962, la première source connue de rayons X en dehors du Système solaire.
D’autres instruments dans l’espace vont suivre comme le satellite Einstein qui, de novembre 1978 à avril 1981, a livré les premières images des restes de supernovae et découvert les émissions X des amas de galaxies, les jets X de Centaurus A et M87. Depuis une vingtaine d’années, l’astronomie X s’est considérablement développée grâce à des télescopes comme Chandra et XMM-Newton. On connaît maintenant plusieurs centaines de milliers de sources dont de nombreuses en dehors de la Voie lactée.
