Antoine Bédard
Étudiant au postdoctorat en astronomie, astrophysique et physique
University of Warwick
Publication primée : Buoyant crystals halt the cooling of white dwarf stars
Publiée dans : Nature
Résumé
Les étoiles comme notre Soleil brillent continuellement pour plusieurs milliards d’années grâce à l’énergie colossale générée par les réactions nucléaires se produisant en leur cœur. Cependant, le carburant nucléaire finit par s’épuiser, menant ainsi à la « mort » de l’étoile : une grande quantité de masse est expulsée dans l’espace interstellaire, tandis que la matière restante se contracte sous l’effet de la gravité. Ce phénomène laisse derrière un noyau dense et inerte que l’on appelle une étoile naine blanche – c’est là le destin ultime de plus de 95% des étoiles de notre Voie Lactée. Dépourvus de source d’énergie d’interne, ces cadavres stellaires sont condamnés à se refroidir perpétuellement et à disparaître dans l’obscurité du cosmos – ou du moins, c’est ce que nous pensions jusqu’à tout récemment.
En 2019, des données de la mission spatiale Gaia ont dévoilé une étrange population de naines blanches ayant maintenu une température constante pendant plusieurs milliards d’années. Cette propriété surprenante suggère que ces naines blanches possèdent une puissante source d’énergie, dont la nature était jusqu’à maintenant demeurée un mystère. Nos travaux ont révélé le phénomène physique à l’origine de cette remarquable longévité. De manière générale, le refroidissement des naines blanches fait en sorte que le plasma dense en leur centre gèle, formant ainsi un noyau solide qui grossit graduellement avec le temps. Toutefois, nos recherches ont montré que dans certaines naines blanches, un tout autre scénario se produit : les cristaux se formant au centre de l’étoile sont plus légers que le liquide environnant et ont donc tendance à flotter vers la surface. Ceci déplace le liquide plus lourd vers le centre, un processus qui libère une grande quantité d’énergie gravitationnelle et interrompt ainsi le refroidissement pour plusieurs milliards d’années. Grâce à des simulations numériques détaillées, nous avons démontré que ce mécanisme explique parfaitement la longévité exceptionnelle mise au jour par Gaia chez certaines naines blanches.
La découverte de ce tout nouveau phénomène astrophysique a des implications fondamentales pour notre compréhension de l’Univers. D’abord, la présence d’une source d’énergie puissante et durable à l’intérieur de certaines naines blanches remet en question notre conception même de ces objets comme des étoiles mortes. De plus, la communauté scientifique devra revoir son utilisation des naines blanches dans divers domaines de l’astronomie, notamment pour la datation stellaire. En effet, étant donné leur refroidissement continu, les naines blanches sont communément utilisées comme « horloges » cosmiques pour déterminer l’âge des populations stellaires et ainsi comprendre la formation et l’évolution de la Voie Lactée. Ces études devront être révisées à la lumière des résultats de nos travaux.