Lorsque des étoiles comme notre Soleil épuisent leur carburant hydrogène, elles entrent dans ce qui est connu comme leur phase Red-Giant-Branch (RGB). Cela se caractérise par l'étoile s'étendant à plusieurs fois sa taille d'origine, après quoi ils perdent leurs couches externes et deviennent des naines blanches compactes. Au cours des prochains milliards d'années, on pense que ces étoiles consommeront lentement tous les objets et les anneaux de poussière encore suffisamment proches pour être influencés par leur gravité.
Cependant, une citoyenne scientifique nommée Melina Thévenot a récemment fait une découverte surprenante en observant un système de naine blanche. D'après les données de la mission WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), cette étoile est une naine blanche depuis des milliards d'années, mais elle a toujours plusieurs anneaux de poussière autour d'elle. Connue sous le nom de LSPM J0207 + 3331 (ou J0207), cette découverte pourrait forcer les chercheurs à reconsidérer les modèles de systèmes planétaires.
La découverte a été faite via Backyard Worlds: Planet 9, un projet dirigé par Marc Kuchner (astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA) qui s'appuie sur des volontaires pour trier les données WISE pour de nouvelles découvertes. Situés à environ 145 années-lumière dans la constellation du Capricorne, les astronomes soupçonnent que J0207 pourrait être le premier exemple connu de naine blanche avec plusieurs anneaux de poussière, et le plus ancien.
Cette découverte a également fait l'objet d'une étude récente publiée dans The Astrophysical Journal («Un nain blanc de 3 gyrs avec de la poussière chaude découvert via les mondes d'arrière-cour: Planet 9 Citizen Science Project»). Comme John Debes, un astronome du Space Telescope Science Institute à Baltimore et l'auteur principal du document, l'a révélé dans un récent communiqué de presse de la NASA:
«Cette naine blanche est si vieille que, quel que soit le processus qui alimente le matériau dans ses anneaux, elle doit fonctionner sur des échelles de temps d'un milliard d'années. La plupart des modèles que les scientifiques ont créés pour expliquer les anneaux autour des naines blanches ne fonctionnent que jusqu'à environ 100 millions d'années, donc cette étoile remet vraiment en question nos hypothèses sur l'évolution des systèmes planétaires. »
L’étoile a été détectée par la mission WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA qui a détecté un fort signal infrarouge, suggérant la présence de poussière. Sur la base de la vitesse à laquelle les étoiles naines blanches se refroidissent au fil du temps, l'équipe de Debes a calculé à partir de ses températures de surface - un peu plus de 5 800° C (10 500° F) - que J0207 est dans sa phase de naine blanche depuis environ 3 milliards d'années.
Ces nouvelles découvertes contredisent ce que les astronomes soupçonnent depuis un certain temps de l'évolution des systèmes stellaires. Dans le passé, les astronomes ont observé comment les planètes et les astéroïdes qui survivent à la phase RVB d'une étoile s'éloigneront plus loin après son entrée dans sa phase naine blanche. Cela est dû au fait que l'étoile a perdu une grande partie de sa masse, et donc son influence gravitationnelle sur les objets environnants.
Les astronomes prévoient que c'est ce qui arrivera à notre système solaire dans environ 5 milliards d'années. Après s'être étendu pour englober Vénus, Mercure et la Terre, notre Soleil perdra ses couches externes et deviendra une naine blanche. À ce stade, les autres planètes et objets (qui comprendront probablement la ceinture d'astéroïdes principale, les géantes gazeuses et la ceinture de Kuiper) dériveront tous vers l'extérieur.
Cependant, dans 1 à 4% des cas, les naines blanches ont montré des émissions infrarouges qui indiquent qu'elles sont entourées de disques de poussière ou d'anneaux. Les scientifiques théorisent que cela peut être le résultat des astéroïdes et des comètes qui sont expulsés de leurs ceintures par interaction gravitationnelle avec des planètes déplacées et envoyés vers l'étoile. À mesure que ces corps s'approchent de la naine blanche, ils sont déchirés par les perturbations de marée causées par la forte gravité de l'étoile.
Les débris résultants formeraient alors un anneau poussiéreux qui tomberait lentement vers l'intérieur et s'accumulerait à la surface de l'étoile. Cependant, dans tous les cas précédents, des disques de poussière et des anneaux ont été observés uniquement autour de naines blanches qui avaient environ un milliard d'années. Cela semblait cohérent avec l'idée que les naines blanches plus âgées avaient effectivement épuisé leur approvisionnement en astéroïdes et les anneaux de poussière qui en résultaient.
Cette dernière découverte fait du J0207 la naine blanche la plus ancienne et la plus froide jamais observée. Quand elle a remarqué pour la première fois les signaux infrarouges du J0207, Melina Thévenot pensait que c’était de mauvaises données. À l’époque, elle effectuait des recherches dans les bureaux de l’Agence spatiale européenne. Gaia archives de mission pour les naines brunes, qui sont à peine détectables au-delà de leurs émissions infrarouges.
Après avoir consulté les données infrarouges de WISE, elle s'est rendu compte qu'il était trop brillant et distant pour être une naine brune. Thévenot a transmis ces résultats à l'équipe de Backyard Worlds: Planet 9, qui a ensuite obtenu des observations de suivi de l'Observatoire W. M. Keck à Hawaï. Comme Thévenot l'a expliqué:
«C'est un aspect vraiment motivant de la recherche. Les chercheurs déplaceront leurs télescopes pour regarder les mondes que vous avez découverts. Ce que j'apprécie particulièrement, cependant, c'est l'interaction avec la formidable équipe de recherche. Tout le monde est très gentil et ils essaient toujours de tirer le meilleur parti de nos découvertes. »
De plus, Debes et ses collègues soupçonnent que J0207 pourrait même avoir un système de bagues. Ils suggèrent dans leur étude que cela consisterait en deux composants distincts: un anneau externe mince où la gravité de la naine blanche brise les astéroïdes, et un anneau plus large plus près de l'étoile. Ces nouvelles observations sont susceptibles de forcer les astronomes à reconsidérer leurs modèles sur l'évolution des systèmes planétaires.
"Nous avons construit Backyard Worlds: Planet 9 principalement pour rechercher des naines brunes et de nouvelles planètes dans le système solaire", a déclaré Kuchner. «Mais travailler avec des scientifiques citoyens suscite toujours des surprises. Ils sont voraces - le projet vient de fêter son deuxième anniversaire, et ils ont déjà découvert plus de 1 000 naines brunes probables. Maintenant que nous avons redémarré le site Web avec le double de données WISE, nous attendons avec impatience des découvertes encore plus passionnantes. »
En plus de forcer à repenser l'évolution du système planétaire au fil du temps, cette recherche pourrait fournir des indices sur l'avenir de notre propre système solaire. Une fois que notre Soleil est devenu une naine blanche, il est susceptible de passer les prochains milliards d'années à consommer des astéroïdes et des KBO qui sont expulsés de leur ceinture par les géants du gaz survivants. Selon cette dernière étude, il pourrait également avoir un anneau de poussière environ plusieurs milliards d'années plus tard.
Et si cette découverte a été une aubaine pour les astronomes, elle démontre également ce qui est possible grâce aux collaborations entre organisations scientifiques et citoyens scientifiques. À l'ère de la recherche sur les exoplanètes et de l'astronomie avancée, le volume considérable de données rend ces collaborations non seulement nécessaires, mais très lucratives.
