Découverte de trois étranges étoiles «mortes-vivantes» dans la Voie lactée

Crédit : JPL
Des astrophysiciens européens et américains ont repéré trois étoiles animées d’une très grande vitesse et… qui ne devraient pas exister. Elles semblent en effet avoir survécu à leur explosion en supernova. Ces trois astres s’ajoutent à un autre, découvert en 2017, et confirment l’existence d’un nouveau destin dans le tableau de l’évolution stellaire : celui des étoiles zombies.

Explosion de supernova ne signifie pas toujours destruction totale. C’est que suggère l’existence d’objets très particuliers et très rares : les étoiles zombies. Ce sont des naines blanches survivantes d’une supernova « ratée », née d’un système à deux étoiles. « Le nom d’étoile zombie désigne une naine blanche qui était censée mourir dans une supernova, mais qui revient à la vie, tel un zombie. Elle est totalement différente des autres étoiles. La plupart des étoiles contiennent de l’hydrogène et de l’hélium, mais celles que nous avons vues sont constituées de néon, oxygène et magnésium, avec des traces d’autres éléments plus lourds », explique Roberto Raddi, de l’observatoire Karl Remeis, auteur de la découverte de trois de ces étoiles, publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Il ajoute : « Ces étoiles se déplacent très rapidement, assez pour s’extraire de leur galaxie, et leur masse est faible : de l’ordre d’un tiers de la masse du Soleil. »

Une première étoile zombie en 2017

La première étoile zombie, nommée LP 40-365, a été découverte en 2017, par l’équipe de Stéphane Vennes, en République Tchèque. Elle a servi de prototype à l’équipe de Roberto Raddi pour en détecter d’autres. Les astronomes ont mis à profit la mission Gaïa, ce satellite qui permet de mesurer très précisément des distances et des vitesses : « Nous avons cherché des étoiles avec un spectre lumineux similaire au prototype, en faisant de la fouille dans la base de données fournie par Gaïa. Nous en avons trouvé trois, dont une dont la vitesse reste à confirmer, mais qui contient les éléments attendus. ». Roberto Raddi ajoute : « Grâce à ces nouvelles mesures, nous avons eu les moyens d’examiner des étoiles rapides dans la voie lactée. Il existe plusieurs façons de produire de telles étoiles, mais nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux étoiles zombies, parce que ce phénomène était encore inconnu il y a deux ans. »

Une supernova atypique

Grâce à cette avancée, les chercheurs espèrent en apprendre plus sur le mécanisme de formation de ces étoiles, et notamment sur les supernovas de type Iax, un phénomène très singulier : « C’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin. Les naines blanches sont déjà assez rares : dans la Voie lactée, pour l’instant, nous savons qu’il en existe environ 40 000 – sur 200 à 400 milliards d’étoiles. Il est donc encore plus remarquable de voir des étoiles zombies. » Cette proportion est logique : « les supernovas n’arrivent peut-être qu’une fois tous les 400 ans, et seulement une petite fraction d’entre elles sont de type Iax ». Cependant, les étoiles zombies ont un avantage, par rapport aux naines blanches qui brillent très faiblement : elles sont plus facilement détectables. Contrairement aux naines blanches classiques, qui affichent un diamètre équivalent à celui de la Terre, elles ont une taille plus grande, proche de celle de Jupiter, à cause du gaz qui est encore très chaud après l’explosion. Ces découvertes ne sont qu’un début : « théoriquement, nous nous attendons à trouver vingt étoiles zombies dans la Voie lactée, et pour cela nous avons besoin de plus de données. »

Les scientifiques connaissent déjà le scénario de leur naissance : pour qu’une naine blanche devienne une étoile zombie, il faut qu’elle explose d’une manière particulière. « Nous pensons que ce n’est possible que dans un système à deux étoiles, avec une naine blanche et une étoile appelée étoile compagnon, qui sont en orbite l’une autour de l’autre. Il arrive que la naine blanche se mette à aspirer le gaz de l’autre étoile, jusqu’à ce qu’elle atteigne une masse critique, où elle explose. Cette explosion est appelée supernova thermonucléaire, ou supernova de type Ia ». En général, la naine blanche est alors totalement détruite. Pourtant, certaines supernovas moins lumineuses ont été observées : les physiciens parlent alors de déflagration au lieu de détonation. Elles ont été nommées supernovas de type Iax, et sont encore mal comprises. « Ces supernovas Iax, moins puissantes, permettent la survie d’une partie de la naine blanche. C’est ce reste d’étoile que nous avons cherché. »

Pour les scientifiques, ce scénario, résumé en une courte animation pour LP 40-365, concorde bien avec les caractéristiques de ces naines blanches survivantes : « Nous pensons que le meilleur moyen d’expliquer ces observations est une supernova de type Iax. En effet, cette grande quantité d’énergie permet la production d’éléments très lourds par fusion. Ceci explique aussi la vitesse et la masse de l’étoile : l’explosion pourrait avoir séparé brutalement les deux étoiles, les propulsant dans des directions opposées, et dispersant dans l’espace une grande quantité de leur gaz. Le néon, l’oxygène et le magnésium restants auraient formé l’étoile survivante. »

Des mortes-vivantes qui seront encore là quand l’Univers sera obscur

D’où vient la naine blanche au départ ? « Prenons une étoile commune, avec une masse inférieure à 10 masses solaires. Elle va évoluer en plusieurs phases : au départ, en son cœur, l’hydrogène est fusionné en hélium. Puis, à l’épuisement de l’hydrogène, l’hélium va être fusionné en carbone et en oxygène. Ensuite, elle devient une géante rouge, puis éjecte une grande partie de sa masse dans l’espace, pendant la phase de nébuleuse planétaire. Finalement, il reste le cœur de l’étoile, très dense et très chaud : une naine blanche. » C’est le sort de 96% des étoiles, mais cela arrivera pour la plupart dans un futur très lointain.

Un peu comme les zombies au cinéma, les étoiles zombies semblent être promises à un destin tragique : « comme les naines blanches classiques, leur lumière va s’affaiblir petit à petit, et, vu leur vitesse, elles vont s’échapper de la voie lactée. Elles seront donc probablement inobservables. » Par contre, les modèles actuels prédisent leur fin de vie. En effet, les naines blanches n’ont plus de carburant à brûler. « Il n’y a plus de réactions nucléaires. Elles vont donc refroidir très lentement, pendant une durée plus longue que l’âge actuel de l’univers, jusqu’à ce qu’elles soient invisibles ». À ce stade, elles sont appelées des naines noires. Dans cet avenir extrêmement lointain, l’univers sera très sombre, rempli de naines noires, d’étoiles à neutrons et de trous noirs. « Nous vivons donc dans une époque où l’univers est passionnant, où nous avons la chance d’y voir ! Mais nous ne savons pas tout du futur de l’univers, c’est pour cela que nous voulons mieux comprendre les naines blanches ».

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