Notre galaxie spirale, la Voie Lactée, ne cesse jamais de nous surprendre avec la diversité de ses étoiles : naines jaunes comme le Soleil, naine rouges, supergéantes rouges… Dans leur immense majorité, ces corps illuminés demeurent les naines rouges, estimées à au moins 70 % de la population stellaire galactique. Bien que petites en taille et en masse, leur durée de vie de plusieurs milliards d’années leur permet d’émettre des rayonnements puissants comme le vent stellaire – flux de particules chargées comprenant notamment les protons et électrons – et des rayons UV et X. Ces radiations sont délétères pour toute planète située trop près de son étoile hôte, allant jusqu’à éroder son atmosphère.
À l’opposé, les naines blanches apparaissent comme des astres extrêmement denses (une tonne par cm3) et chauds (plusieurs milliers de degrés), issus de l’effondrement des géantes rouges, comme ce sera le cas pour le Soleil d’ici sept milliards d’années d’après les modèles actuels d’évolution stellaire.
Les étoiles peuvent cependant être occasionnellement accompagnées par d’autres types de voisines que les planètes. C’est ce que l’on appelle des systèmes multiples. À l’image du système stellaire regroupant la planète Tatooine de Star Wars, où cette dernière orbite autour de ses deux étoiles Tatoo 1 et Tatoo 2, des astronomes sont capables de révéler de tels systèmes, qui peuvent même contenir trois étoiles ou plus.
Dans une étude conjointe des universités de Warwick (Royaume-Uni), de Colorado Boulder (États-Unis) et de Valparaiso (Chili), des astrophysiciens ont récemment dévoilé quatre naines blanches orbitant chacune autour d’une naine rouge. Ces observations inédites sont publiées dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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Des naines blanches discrètes
La catégorie des systèmes binaires avec une naine blanche s’avère très rare, c’est donc une prouesse qu’ont accomplie les astrophysiciens de cette triple collaboration universitaire. Situés à 25 années-lumière, les quatre systèmes – G 203-47, GJ 207.1, LHS 1817 et Wolf 1130 – comprennent chacun une naine blanche en orbite autour d’une naine rouge. Les naines blanches ont été dévoilées grâce au spectrographe ultraviolet du télescope Hubble (SITS) – qui décompose la lumière des étoiles et les observe dans le domaine des rayons ultraviolets. Le télescope Neil Gehrels Swift de la Nasa, lancé en 2004, a également été utilisé pour étudier les rayons UV et X dans émis par les naines rouges. Des caractéristiques des naines blanches comme la température de surface – allant de 5017 à 6017 degrés – ou la masse de leurs compagnes naines rouges respectives ont été calculées par les chercheurs.
Concrètement, le signal des étoiles blanches a été obtenu à l’aide de la méthode des vitesses radiales (aussi appelée spectroscopie Doppler), qui mesure le rythme d’éloignement ou de rapprochement de l’étoile (ici, la naine rouge) vis-à-vis de la Terre. On en déduit que la variation de vitesse est provoquée par la présence d’un corps voisin. « Les naines blanches isolées sont faciles à détecter. Cependant, nous ne pouvions pas observer directement les naines blanches dans le domaine du visible, puisque leurs compagnes naines rouges noient leur lumière. Même dans notre voisinage galactique, nous trouvons toujours des surprises à conditions que nous regardions dans la bonne direction et dans les fenêtres spectrales appropriées », détaille Mairi O’Brien, chercheuse postdoctorale en astrophysique à l’université de Warwick et première auteure de l’étude, dans un communiqué.
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G 203-47, un système resté longtemps dans l’ombre
Contrairement aux trois autres naines blanches, l’existence de celle du système G203-47 n’a été confirmée qu’au bout de 27 ans d’observations. Les éruptions de gaz émises par sa naine rouge imitent souvent le signal de la naine blanche associée, d’où la difficulté à la détecter. La naine blanche de G203-47 devient alors la neuvième étoile de ce type à demeurer la plus proche de notre Système solaire, à 25 années-lumière. Une particularité atypique de ce système stellaire est que, d’une part, sa naine rouge effectue sa rotation sur elle-même en plus de 100 jours et, d’autre part, elle orbite sa naine blanche en environ 15 jours. Les forces gravitationnelles exercées entre les deux étoiles devraient les verrouiller de sorte à les synchroniser. Les deux étoiles devraient alors se présenter la même face, à l’image de ce qui se produit entre la Terre et la Lune.
« Ce qui est fascinant avec G 203-47 est que sa naine blanche ne devrait pas tourner aussi lentement autour de sa naine rouge si le système s’est formé de manière similaire à d’autres systèmes binaires. Ce résultat surprenant suggère que ces binaires auraient dû avoir des évolutions différentes. Quelques-unes ont été affectées très tôt par de violentes interactions prolongées qui les ont verrouillées via les forces de marée. D’autres, comme celles de G 203-47, ont probablement expérimenté des rencontres plus brèves, d’où cette configuration inhabituelle », explique David Wilson, chercheur en astronomie à l’université de Colorado Boulder et coauteur de l’étude.
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Vers un meilleur recensement des systèmes binaires
Ces découvertes de systèmes binaires ont ainsi permis d’affiner le taux d’occurrence de naines blanches dans le voisinage galactique, estimé à 0,0052 naines blanches par unité de volume galactique (en parsecs cubes, pc3, où un parsec correspond à environ 3,26 années-lumière). « Seulement 30 % des naines rouges dans un rayon limite de 65 années-lumière ont été systématiquement surveillées pour dévoiler des compagnes naines blanches. Nous pensons qu’il pourrait y avoir 9 ou 10 systèmes binaires additionnels dans l’environnement stellaire local qui n’ont pas encore été dévoilés. Si nous accentuons nos efforts pour viser d’autres naines rouges, peut-être trouverons- nous des cas surprenants similaires à G 203-47 », conclut Pier-Emmanuel Tremblay, astrophysicien à l’université de Warwick et coauteur du papier de recherche.
Source:
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