Il pleut des astéroïdes... sur une naine blanche

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Patrick Dufour a pu assister à la destruction d’un système solaire.

Une équipe internationale d'astronomes a annoncé aujourd'hui 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 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).

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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.

Les naines blanches sont des étoiles «mortes» dont le cœur 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 cœur, 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.

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