Résumé :
Une fois qu'une étoile est à court de combustible nucléaire, elle ne termine pas nécessairement sa vie par une explosion spectaculaire de supernova. Pour les étoiles comme le Soleil, elles perdent généralement leurs couches externes, laissant derrière elles un noyau dense proche de la Terre mais pouvant être aussi massif que le Soleil. C'est une naine blanche.
Depuis longtemps, la communauté astronomique croit que les naines blanches ont une limite de masse supérieure insurmontable, connue sous le nom de « limite de Chandrasekhar », qui correspond à environ 1,4 fois la masse du soleil. Après avoir dépassé cette limite, les naines blanches ne peuvent généralement pas maintenir une structure stable et peuvent subir un effondrement gravitationnel ou une explosion thermonucléaire. Cependant, de nouvelles simulations réalisées par une équipe de l’Institut indien des sciences (IISc) ont révélé que de puissants champs magnétiques internes pourraient modifier cette limite, rendant certaines naines blanches aussi massives qu’environ 2,4 fois celle du Soleil.
La recherche a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters. Les chercheurs pensent que des champs magnétiques puissants peuvent fournir un soutien interne supplémentaire aux naines blanches, leur permettant ainsi de rester stables même lorsque leurs masses sont bien supérieures à celles attendues par la théorie traditionnelle.
La raison pour laquelle les naines blanches peuvent résister à leur propre gravité repose principalement sur un effet de mécanique quantique appelé pression de dégénérescence électronique. Mais à mesure que la masse continue d’augmenter, la gravité deviendra de plus en plus forte, finissant par briser cette capacité de support. La limite de Chandrasekhar est la limite supérieure théorique basée sur ce mécanisme physique.
Les chercheurs ont découvert que des champs magnétiques puissants pouvaient introduire de nouvelles variables dans ce modèle traditionnel. À mesure que la naine blanche accumule de la matière provenant de son étoile compagne, sa masse continue d'augmenter et sa densité interne augmente, provoquant un rétrécissement supplémentaire de l'étoile. Ce processus de compression peut améliorer son champ magnétique interne, et la pression supplémentaire générée par le champ magnétique peut aider à résister à la gravité, permettant ainsi à la naine blanche de supporter plus de masse.
Afin de vérifier cette possibilité, l'équipe de recherche a modifié le programme d'évolution stellaire STARS développé par l'Université de Cambridge pour intégrer l'effet de champ magnétique et le processus de refroidissement de l'étoile naine blanche dans le modèle. À partir du moment où l’étoile est encore dans la phase de séquence principale, il simule son évolution vers une étoile naine blanche et l’accrétion ultérieure de matière provenant de l’étoile compagne.
Dans l'un des cas de simulation, une étoile avec une masse initiale d'environ 8 fois celle du soleil a finalement formé une étoile naine blanche carbone-oxygène avec une masse d'environ 1,02 fois celle du soleil. Au fur et à mesure que la naine blanche accumulait de la matière à un rythme d'environ un milliardième de la masse solaire par an, son champ magnétique se renforçait progressivement et la limite supérieure de masse stable calculée par le modèle atteignait finalement environ 2,4 fois la masse du soleil. A titre de comparaison, dans des conditions similaires, si l’influence du champ magnétique n’est pas prise en compte, la limite supérieure de masse est toujours maintenue à environ 1,4 fois la masse du soleil.
Zenia Zuraiq, première auteure de l'article et doctorante au Département de physique de l'Institut indien des sciences, a déclaré que la clé de la recherche n'est pas seulement de prouver que des naines blanches avec une masse super-Chandrasekhar peuvent exister en théorie, mais plus important encore, de vérifier si une étoile peut réellement former un tel objet par l'évolution naturelle. Cette simulation suit l'étape principale de la séquence de l'étoile jusqu'à la formation de la naine blanche et le processus d'accrétion ultérieur, montrant que sous certaines conditions, cette voie d'évolution est effectivement possible.
En fait, l'idée de naines blanches dépassant la limite de Chandrasekhar est étudiée par les astronomes depuis des décennies. Auparavant, les astronomes avaient observé des supernovae de type Ia inhabituellement brillantes, nettement plus brillantes que prévu par les modèles courants. Par conséquent, certains ont émis l’hypothèse que ces explosions pourraient provenir de naines blanches dont la masse est bien supérieure à 1,4 fois celle du soleil. Certaines théories suggèrent même que la masse de son prédécesseur pourrait être proche de 2,8 fois celle du Soleil.
L'importance de cette étude est que de nombreux calculs théoriques dans le passé se sont concentrés sur la question de savoir si les naines blanches supermassives peuvent rester stables, mais la nouvelle étude simule davantage la manière dont elles se forment réellement au cours du processus d'évolution stellaire. L’équipe de recherche a ainsi fourni une explication théorique plus complète des naines blanches supermassives soutenues par des champs magnétiques. Cependant, cela ne signifie pas que de tels objets sont très courants dans l’univers, et les recherches ne parviennent toujours pas à déterminer à quelle fréquence ils apparaissent réellement.
Cette découverte pourrait également affecter les mesures effectuées par les astronomes sur le taux d'expansion de l'univers.
Les supernovae de type Ia se produisent généralement lorsqu'une combustion thermonucléaire incontrôlée se produit à l'intérieur d'une naine blanche carbone-oxygène. Lorsque la température et la pression à l’intérieur de l’objet atteignent certaines conditions, l’élément carbone peut s’enflammer, déclenchant une violente explosion thermonucléaire. Étant donné que ces types de supernovae ont des caractéristiques de luminosité relativement stables qui peuvent être calibrées grâce à des courbes de lumière, les astronomes les utilisent depuis longtemps comme un outil important pour mesurer la distance aux galaxies lointaines et étudier l’histoire de l’expansion de l’univers.
Si certaines supernovae de type Ia proviennent en réalité de naines blanches plus massives et dotées de champs magnétiques plus puissants, alors leurs progéniteurs peuvent être très différents des modèles traditionnels. Ces différences peuvent affecter la luminosité et l’évolution des explosions de supernova, affectant ainsi la précision des mesures de distance cosmique. Une meilleure compréhension des mécanismes de formation de ces supernovae contribuera à améliorer les modèles physiques utilisés par les astronomes pour étudier l’expansion de l’univers.
Cette recherche rappelle également aux scientifiques que certaines limites physiques apparemment infranchissables de l'univers peuvent être affectées par des facteurs qui n'ont pas été pleinement pris en compte auparavant. La limite de Chandrasekhar ne peut pas être facilement appliquée dans toutes les conditions. Des champs magnétiques puissants pourraient ouvrir une voie évolutive pour les naines blanches qui était auparavant difficile à identifier.
Le document de recherche s'intitule « Formation de super-Chandrasekhar White Dwarfs through the Evolution of Magnetized Main-Sequence Stars : New Mass Limits Based on STARS Simulations » et a été publié dans The Astrophysical Journal Letters le 8 octobre 2026.
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