Un article publié dans «Nature» ébranle la théorie de l’évolution stellaire

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  • Le 10 janvier 2018

  • Mathieu-Robert Sauvé
Crédit : Stéphane Charpinet

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Une équipe internationale découvre que le noyau de certaines étoiles en fin de vie est deux fois plus massif qu’on le croyait. Cela pourrait amener les experts à repenser l’évolution stellaire.

L'astrophysicien Gilles Fontaine.

Crédit : Amélie Philibert

La revue Nature publie cette semaine un article qui pourrait forcer la révision de la théorie de l’évolution des étoiles. «Je crois que, dans les prochains mois, les spécialistes de l’astrophysique stellaire devront refaire leurs calculs», lance Gilles Fontaine, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal et l’un des signataires de l’article intitulé «A large oxygen-dominated core from the seismic cartography of a pulsating white dwarf» (un noyau massif fait principalement d’oxygène apparaît dans la cartographie sismique d’une naine blanche pulsante).

Rédigé par Noemi Giammichele, qui a terminé en 2016 son doctorat sous la codirection du professeur Fontaine et de Pierre Bergeron, et signé par ceux-ci et six autres chercheurs, l’article fait état d’un travail effectué à partir du télescope spatial Kepler en 2011. «Nous sommes parvenus à cartographier de façon précise une étoile naine blanche pulsante. Comme si nous la découpions en tranches pour étudier sa composition», explique Mme Giammichele, qui est actuellement stagiaire postdoctorale à l’Université de Toulouse. Cette cartographie a permis d’observer, notamment, que les vibrations de l’astre se propagent parfois jusqu’à son centre.

Robert Lamontagne, responsable des relations avec les médias au Centre de recherche en astrophysique de l’UdeM, rappelle que les naines blanches «sont les reliques des cœurs de près de 97 % des étoiles de l'Univers […] Au cours de leur lente agonie de naines blanches, durant laquelle elles se refroidissent inexorablement, ces étoiles passent par des phases d'instabilité ou elles se mettent à vibrer. Ces profondes vibrations – ou tremblements d’étoile – sont les clés permettant de lever le voile sur l'intérieur même de ces résidus stellaires».

Située à 1375 années-lumière de la Terre, la naine blanche KIC08626021 émet une lumière difficilement captable à partir d’un télescope terrestre, mais que des instruments comme Kepler peuvent cibler de façon prolongée, ce qui donne des images beaucoup plus justes. Or, grâce à l’accès des chercheurs montréalais au télescope spatial, on a pu scruter cette étoile de petite taille (elle est à peine plus grosse que la Terre) qui vibre sur elle-même.

L’étude des naines blanches en particulier occupe près de 300 spécialistes à travers le monde. Le travail de l’astrophysicienne avait tout d’abord pour objectif de vérifier une théorie sur cette phase finale de la vie d’une étoile. La théorie s’est avérée, mais l’observation a causé plusieurs surprises.

Un noyau plus massif

Ce qu’a révélé l’étude de l’étoile située aux limites des constellations du Cygne et de la Lyre, c’est que son noyau, composé de carbone et d’oxygène, était deux fois plus massif que ce que la théorie prévoyait. «C’est une découverte majeure qui forcera à revoir notre vision de la mort des étoiles, commente Gilles Fontaine. Cela dit, il faut voir si cette observation se confirmera pour d’autres étoiles. Peut-être a-t-on affaire à une bizarrerie de la nature…»

La chercheuse le confirme: «Nous devons tenter de reproduire ces résultats avec d’autres objets célestes avant de conclure quoi que ce soit.» Or, si KIC08626021 était la première naine blanche pulsante répertoriée par Kepler, une soixantaine d’autres ont été découvertes depuis. «J’en ai pour 20 ans à les analyser une par une», mentionne l’astrophysicienne en riant.

Méthodologie originale

Noemi Giammichele

Crédit : Collection privée

Pour Gilles Fontaine, cet article publié dans l’une des plus grandes revues scientifiques du monde – c’est la quatrième fois qu’il en signe un dans Nature – revient un peu à boucler la boucle. Dès 1978, il avait entrevu le potentiel de l’observation de la structure interne d’une naine blanche pulsante pour la compréhension de la théorie de l’évolution stellaire. «Mais il y avait loin de la coupe aux lèvres. D’abord, nous n’avions pas accès à des images de qualité, car les télescopes terrestres nous donnent des images très imprécises de ces objets. Puis il fallait créer des outils d’interprétation, des logiciels… Et dernier problème, non le moindre, il fallait trouver la bonne personne pour suivre cette piste.»

Le professeur Fontaine fait l’éloge de son ancienne étudiante, qui a élaboré une approche originale pour arriver à ses fins. Diplômée de la maîtrise en génie mécanique de Polytechnique Montréal, elle a appliqué à l’astrophysique des méthodes de calcul pour l’aérodynamisme des ailes d’avion. «Je crois que c’est cette approche qui nous a permis d’avancer», résume M. Fontaine qui, outre la fierté de voir une étudiante réaliser cette percée, se réjouit de compter cinq anciens étudiants parmi les signataires de l’article.

Noemi Giammichele, quant à elle, est heureuse qu’un des cinq articles constituant sa thèse de doctorat connaisse une nouvelle vie. «Ce que je souhaite maintenant dans ma carrière? Continuer à faire de la recherche. C’est ce que je préfère: trouver les moyens de résoudre des problèmes», dit-elle.

La naine blanche KIC08626021 émet une faible lumière. Pourtant le télescope Kepler a saisi d’infimes vibrations à sa surface. Ces séismes nous dévoilent pour la première fois les mystères enfouis au cœur même de ces fossiles stellaires.

  • Cette naine blanche est à peine plus grosse que la Terre.

    Crédit : Stéphane Charpinet