Les astronomes ont découvert un pulsar nain blanc rare, approfondissant notre compréhension de l’évolution stellaire et des champs magnétiques des naines blanches. La découverte soutient le modèle dynamo et suggère qu'il existe davantage de pulsars de ce type dans l'univers. Dans deux études indépendantes, l'Université de Warwick et l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam (AIP) ont découvert un système stellaire rare qui fournit de nouvelles informations sur les prédictions de modèles dynamiques de l'évolution stellaire.
Ce nouveau pulsar nain blanc est un système binaire extrêmement proche composé d'une étoile naine blanche et d'une étoile naine rouge. Ensemble, ils peuvent s'intégrer à l'intérieur du soleil. C'est le deuxième pulsar connu de ce type.
Les naines blanches sont des restes stellaires extrêmement denses, aussi massifs que le Soleil mais aussi petits que la Terre. Ils se forment lorsque des étoiles de faible masse brûlent tout leur carburant, perdent leurs couches externes et se contractent violemment à l'intérieur. Également connus sous le nom de « fossiles stellaires », ils peuvent donner un aperçu de divers aspects de l’évolution stellaire.
Les pulsars, quant à eux, sont connus depuis les années 1960, et plus de 3 000 ont été découverts. Ce sont des étoiles à neutrons fortement magnétiques et à rotation rapide, dans lesquelles les particules chargées sont arrachées de la surface par des champs électriques ultra-puissants, puis accélérées jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière. Par conséquent, ils émettent des rayonnements, ou de la lumière, allant des rayons radio aux rayons X et même aux rayons gamma. En raison de la rotation rapide de l’étoile, de courtes impulsions de rayonnement atteignent la Terre, c’est pourquoi on les appelle pulsars.
À la surprise de la communauté scientifique, en 2016, le phénomène pulsar a été observé pour la première fois sur une étoile naine blanche. Étonnamment, il n’y a ni rotation extrêmement rapide ni les puissants champs électriques d’un véritable pulsar dans l’étoile, appelé ARScorpii.
La naine blanche a été découverte dans un système stellaire binaire très proche, et sa voisine – une naine rouge semblable au soleil – l'alimente en injectant des particules dans son champ magnétique. Cela déclenche le phénomène du pulsar de l’extérieur et fait briller un stroboscope sur le compagnon rouge, provoquant un éclaircissement ou une atténuation brusque de l’ensemble du système à intervalles réguliers. Les deux étoiles – une naine blanche et une naine rouge – sont si proches l’une de l’autre qu’elles pourraient s’insérer dans notre soleil.
Explorer les champs magnétiques et les « modèles dynamo »"
Le facteur décisif est la présence d'un champ magnétique puissant, mais les astrophysiciens ne savent pas pourquoi. Une théorie clé pour expliquer le champ magnétique puissant est le « modèle dynamo », qui suggère qu'il y a une dynamo dans le noyau de l'étoile naine blanche, tout comme la Terre, mais beaucoup plus puissante que la Terre. Mais pour tester cette théorie, les chercheurs doivent rechercher d’autres pulsars nains blancs pour voir si leur prédiction est correcte.
Dans deux nouvelles études publiées simultanément dans Nature Astronomy et Astronomy & Astrophysics, une équipe de recherche internationale impliquant l'Institut national d'astronomie (AIP) a décrit le pulsar nain blanc J1912-4410 (eRASSUJ191213.9-441044) récemment découvert. Elle se trouve à 773 années-lumière de la Terre et tourne une fois toutes les 5 minutes, soit 300 fois plus vite que notre Terre. Les pulsars nains blancs sont de taille similaire à celle de la Terre mais au moins aussi massifs que le Soleil. Cela signifie qu'une cuillère à café de naine blanche pèse environ 15 tonnes. La vie d'une naine blanche commence à des températures extrêmement élevées, puis se refroidit sur des milliards d'années. La basse température de J1912-4410 indique qu'il est très ancien.
Cette étude confirme qu’il existe davantage de pulsars nain blancs, comme le prédisaient les modèles précédents. La découverte de J1912-4410 confirme également d'autres prédictions de modèles dynamiques. Les naines blanches des systèmes pulsars devraient être très froides en raison de leur âge. Leurs compagnons devraient être suffisamment proches pour que la gravité passée de la naine blanche soit suffisante pour extraire de la masse du compagnon, les faisant tourner rapidement. Pour le pulsar nouvellement découvert, toutes ces hypothèses sont vraies : la naine blanche a une température inférieure à 13 000 Kelvin, une vitesse de rotation élevée d'environ 5 minutes, et la gravité de la naine blanche a une forte influence sur l'étoile compagne.
Recherche collaborative et impact futur
Une équipe de recherche a utilisé les données de Gaia et WISE pour rechercher des objets candidats, en se concentrant sur ceux ayant des propriétés similaires à AR Scorpii. Après avoir observé des dizaines d’objets candidats, ils ont découvert un objet présentant des variations de lumière très similaires. Des observations de suivi avec d'autres télescopes ont révélé que le système envoyait des signaux radio et à rayons X vers la Terre toutes les cinq minutes environ. Une autre équipe de recherche a découvert une paire naine blanche/naine rouge à proximité en utilisant les données du télescope à rayons eROSITAX du satellite Spectrum-X-Gamma. Les deux groupes ont uni leurs forces pour approfondir leurs nouvelles découvertes.
"Nous sommes ravis d'avoir découvert cet objet lors de l'étude aux rayons X menée par SRG/eROSITA", a déclaré le Dr Axel Schwope, chef du groupe d'astronomie aux rayons X de l'AIP et premier auteur de l'étude publiée dans Astronomy & Astrophysics. "Les observations suivantes effectuées à l'aide du satellite XMM-Newton de l'ESA ont révélé des impulsions dans la région des rayons X de haute énergie, le dernier élément de preuve manquant pour identifier l'objet comme étant un pulsar nain blanc. Cela confirme la nature inhabituelle de ce nouvel objet et identifie les pulsars nains blancs comme une nouvelle classe, même si elle ne compte actuellement que deux membres."
Le Dr Ingrid Pelisoli du Département de physique de l'Université de Warwick, première auteure de l'étude dans Nature Astronomy, a ajouté : « L'origine des champs magnétiques est une question ouverte majeure dans de nombreux domaines de l'astronomie, mais cela est particulièrement vrai pour les naines blanches. Le champ magnétique des naines blanches peut être plus d'un million de fois plus puissant que celui du Soleil, et les modèles dynamiques aident à expliquer pourquoi. La découverte de J1912-4410 est une étape clé pour recherche dans ce domaine. »
Source compilée : ScitechDaily