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Une équipe d’astronomes a fait la découverte d’une étoile qui serait constituée des restes de deux étoiles mortes, après leur fusion. Ainsi, le nouvel objet stellaire a pu “renaître” de cet événement rare, l’énergie apportée lors de la fusion ayant permis de réactiver les réactions thermonucléaires au sein du coeur de la jeune étoile résultante.

C’est à 10’000 années-lumière de la Terre, en direction de la constellation de Cassiopée, que se situe la si particulière jeune étoile, nommée J005311. La découverte a été faite presque par hasard : les scientifiques s’intéressaient initialement à une nébuleuse planétaire particulière — dans laquelle se situe l’étoile, qui n’émet presque exclusivement que dans l’infrarouge, et non dans le spectre visible.

Étant donné la nature apparente tout de même inhabituelle de cette nébuleuse, les astronomes ont décidé de s’y intéresser de plus près. Ils ont alors utilisé la spectroscopie pour analyser sa composition chimique. L’analyse spectrale a révélé qu’il n’y avait pas d’hydrogène ou d’hélium au sein du nuage cosmique.

Il faut savoir que les étoiles de la séquence principale (dont le Soleil fait partie) possèdent un noyau au sein duquel la fusion d’hydrogène (en hélium) est active et maintenue. Ceci n’est cependant pas le cas des naines blanches par exemple, issues d’étoiles de masse modérée en fin de vie. Pour les chercheurs, cela n’était qu’un indice : il pourrait s’agir d’une naine blanche particulière.

Les étoiles brulent leur réserve d’hydrogène au cours de leur vie lors de la fusion. Lorsque la réserve devient insuffisante, le noyau se contracte et commence à fusionner l’hélium, précédemment généré, en carbone et en oxygène.

La pression de radiation résultant de cette fusion provoque l’expansion des couches externes de l’étoile, ce qui amène à la transformation en géante rouge. Lorsque l’hélium s’épuise, ces couches externes sont éjectées dans l’espace, formant une nébuleuse planétaire autour du noyau brillant et refroidissant la naine blanche — qui est alors trop peu énergique pour fondre l’oxygène et le carbone restants.

Mais les chercheurs se sont rendus compte que J005311 brillait trop intensément pour une naine blanche standard. Sa luminosité étant équivalente à environ 40’000 soleils !

etoile etrange nee apres collision naines blanches

a, b) Deux images infrarouges montrant la nébuleuse. c) Image dans le spectre visible, où la nébuleuse n’apparaît pas. Crédits : Vasilii Gvaramadse/ Université de Moscou

Sachant que théoriquement, au moins la moitié des étoiles dans l’Univers se situent dans des systèmes binaires, et que comme les données de la collaboration LIGO-Virgo sont en train de le révéler, les fusions entre étoiles mortes ne sont pas si rares (par rapport à la quantité totale d’étoiles observables), les chercheurs ont pu comprendre ce qui s’est produit.

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J005311 serait le produit d’une fusion entre deux naines blanches. Au cours de millions d’années, les deux étoiles se seraient rapprochées, dans une danse en spirale de plus en plus rapprochée, jusqu’à la fatidique et explosive collision. Les deux objets cosmiques finissent alors par fusionner, pour donner naissance à une jeune naine blanche aux propriétés particulières. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Nature.

« Un tel événement est extrêmement rare » déclare Götz Gräfener, astronome de l’Institut Argelander pour l’astronomie (AIfA) de l’Université de Bonn (Allemagne). « Il n’y a probablement même pas une demi-douzaine d’objets de ce type dans la Voie lactée, et nous en avons découvert un » ajoute-t-il.

Cette étoile possède une masse équivalant à celle de deux étoiles en fin de vie combinées. Cela signifie qu’elle aurait maintenant une masse suffisante pour une fusion active d’éléments plus lourds que l’hydrogène ou l’hélium.

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Du fait de l’évolution de leur étoile parente, les naines blanches existant aujourd’hui sont généralement composées de carbone et d’oxygène, et l’analyse par spectroscopie révèle justement que J005311 est riche en ces éléments.

Il existe aussi un autre indice important : un très puissant vent stellaire de 16’000 kilomètres par seconde, entraîné par le rayonnement généré par la fusion nucléaire. La fusion seule ne peut expliquer la puissance de ce vent, mais le produit d’une fusion de naines blanches devrait émettre un champ magnétique extrêmement puissant. Ce champ magnétique accélérerait alors le vent stellaire, produisant un effet similaire à celui observé pour J005311.

En théorie, lorsque les naines blanches se dissolvent, elles se transforment progressivement en des masses froides appelées naines noires. Mais il s’agit encore d’un stade purement théorique, car jamais observé (en raison de la difficulté d’observation d’un objet n’émettant aucune lumière). Selon les astronomes, il s’agirait de plus d’un processus très lent, qui pourrait encore ne s’être jamais produit dans l’Univers.

La nouvelle masse combinée de J005311 la place probablement sur la limite de Chandrasekhar, qui est en quelque sorte la masse maximale limite pour une naine blanche stable. Sa température et la vitesse de son vent indiquent que l’étoile est proche du point final de son stade actuel d’évolution.

Lorsque, dans quelques milliers d’années, elle sera à court de matériau pour maintenir la fusion, elle s’effondrera probablement sous sa propre gravité, les électrons et les protons se fondant en neutrons, transformant la jeune survivante en un objet très différent : probablement une étoile à neutrons.

Source : Nature

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