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Découverte de la naine blanche la plus rapide jamais observée

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Découverte de la naine blanche la plus rapide jamais observée

Découverte de la naine blanche la plus rapide jamais observée

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t identifié une étoile naine blanche très particulière : celle-ci tourne sur elle-même à la vitesse la plus rapide jamais observée, au rythme d’un tour sur elle-même toutes les 25 secondes. Mais ce n’est pas le seul élément qui la distingue de ses camarades. Accompagnée par une géante rouge au sein d’un système binaire, elle possède un champ magnétique si intense qu’il éjecte la matière qu’elle attire à elle par gravitation, à plus de 3.000 kilomètres par seconde ! Les détails de la découverte effectuée par des chercheurs des universités de Sheffield et Warwick ont été publiés dans une étude le 22 novembre 2021 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

La rotation la plus rapide jamais observée

Lorsqu’une étoile de masse relativement « faible » (pesant au maximum trois à quatre masses solaires) a brûlé tout l’hydrogène qui lui sert de combustible, elle arrive alors en fin de vie et se transforme petit à petit en une géante rouge : elle grossit, donc devient moins dense, et s’étend jusqu’à ce qu’elle aspire ses planètes voisines. Les couches supérieures de son atmosphère se font alors éjecter après des centaines de milliers d’années par les vents stellaires, et ce n’est que lorsque le cœur de l’étoile subit une dernière contraction que l’astre devient enfin une naine blanche. Avec une taille similaire à celle de la Terre, mais une masse comparable à celle du Soleil, la densité d’un tel astre atteint une tonne par centimètre cube ! C’est d’ailleurs la fin qui attend notre Soleil, d’ici quelques millions d’années.

La dernière découverte par les chercheurs, placée au sein d’un système binaire d’étoiles nommé LAMOST J024048.51+195226.9, ou J0240+1952 en abrégé, possède en plus de son immense densité typique des naines blanches, une vitesse de rotation jusqu’alors jamais mesurée. Avec un tour effectué sur elle-même en précisément 24,9328 secondes, elle dépasse d’environ 20 % la vitesse de l’ancienne naine blanche la plus rapide, CTCV J2056-3014, découverte en 2020 et qui possède une période de rotation de 29,61 s.

« J0240+1952 aura effectué plusieurs rotations dans le court laps de temps que les gens mettent à le lire, c’est vraiment incroyable. La rotation est si rapide que la naine blanche doit avoir une masse supérieure à la moyenne (des naines blanches, ndlr) juste pour ne pas être déchirée. » a déclaré dans un communiqué le Dr Ingrid Pelisoli, astrophysicienne au département de physique de l’Université de Warwick et première auteure de l’étude. En effet, si sa masse était plus faible, les forces de gravitation qui règnent au sein de l’objet céleste n’auraient pas pu contrebalancer la force centrifuge due à sa rotation, si bien que l’astre se serait déchiré en commençant par ses couches externes.

Un champ magnétique si intense qu’elle déchire la matière… qu’elle attire vers elle

En plus d’une rotation rapide, les chercheurs ont noté un autre fait étonnant : la naine blanche possède un champ magnétique particulièrement intense qui forme un système dit « d’hélice magnétique ». « Elle tire de la matière de son étoile compagne en raison de son effet gravitationnel, mais à mesure que celle-ci se rapproche de la naine blanche, le champ magnétique commence à dominer. » La matière qu’elle accrète de sa voisine géante rouge est chauffée intensément et se retrouve sous forme de plasma, c’est-à-dire du gaz ionisé, où des électrons des atomes ont été arrachés. « Ce type de gaz est hautement conducteur et accélère considérablement ce processus, ce qui le propulse loin de l’étoile et dans l’espace », continue I. Pelisoli.

Une fois que le plasma provenant de sa compagne arrive jusqu’à elle, son champ magnétique l’éjecte à la vitesse prodigieuse de 3.000 kilomètres par seconde dans l’espace interstellaire ! Une particularité qui s’est faite au fil de son évolution : au départ, la matière de sa voisine s’accrétait vers l’équateur de la naine blanche, là où l’attraction gravitationnelle était la plus forte. C’est précisément ce qui lui a permis d’augmenter considérablement sa vitesse de rotation, à mesure que du gaz chaud s’ajoutait à la surface de l’étoile. Mais alors qu’elle tournait de plus en plus vite, un champ magnétique est né par effet dynamo. Il a agi ensuite comme une barrière protectrice, renvoyant pratiquement toute matière qui arrivait vers l’étoile, la petite partie restante étant envoyée au niveau des pôles magnétiques au dessus desquels elle tournoie inlassablement.

Des variations de luminosité presque impossibles à observer

C’est ensuite les pulsations de lumière provoquées par ces éjections de plasma qui ont permis aux chercheurs de détecter l’astre depuis la Terre. Ainsi, plutôt que l’étoile directement, c’est la matière qu’elle a éjectée que les astronomes ont observé pour la première fois en 2020. L’étude de la rotation s’est révélée bien plus ardue, car les impulsions lumineuses qui en résultent sont bien trop rapides et de faible amplitude pour que la plupart des télescopes les détectent. C’est grâce à l’instrument HiPERCAM, conçu et construit par l’Université de Sheffield, que les scientifiques sont parvenus à leurs fins. Monté sur le Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10,4 mètres de diamètre situé dans les îles Canaries, il permet de capturer une grande quantité de lumière, donc de détecter des astres peu lumineux.

« Cette découverte n’a été rendue possible qu’en combinant les capacités uniques à grande vitesse et à plusieurs longueurs d’onde de HiPERCAM avec la puissance de collecte de lumière du GTC », a déclaré Vik Dhillon, professeur de l’Université de Sheffield et co-auteur de l’étude, qui dirige les recherches sur HiPERCAM. Seulement le deuxième astre avéré de ce type, la dernière en date nommée AE Aquari avait été découverte il y a plus de 70 ans. Les chercheurs se sont enthousiasmés sur l’impact qu’aura l’analyse détaillée de J0240+1952. « La deuxième découverte est presque aussi importante que la première car vous développez un modèle pour la première et avec la seconde, vous pouvez le tester pour voir si ce modèle fonctionne. Cette dernière découverte a montré que le modèle fonctionne très bien, il a prédit que l’étoile devait tourner rapidement, et c’est effectivement le cas » explique Tom Marsh, chercheur au département de physique de l’Université de Warwick et co-auteur de l’étude.

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