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eso1544fr — Communiqué de presse scientifique

Le halo lumineux d'une étoile zombie

Le VLT cartographie les restes du repas d'une naine blanche

11 novembre 2015

Grâce au Très Grand Télescope installé à l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili, une équipe internationale d'astronomes a, pour la toute première fois, analysé en détail les vestiges d'une collision fatale entre une étoile morte et l'astéroïde qui lui a servi de repas. Les résultats de ces observations donnent un aperçu de la lointaine destinée de notre Système Solaire.

Dirigée par Chistopher Manser, doctorant à l'Université de Warwick au Royaume-Uni, l'équipe a utilisé les données acquises par le Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO ainsi que divers instruments équipant d'autres observatoires pour étudier les débris d'un astéroïde autour d'un vestige stellaire – une naine blanche baptisée SDSS J1228+1040 [1].

Grâce à divers instruments, parmi lesquels UVES, un spectrographe opérant dans les domaines Ultraviolet et Visible, et X-shooter, tous deux reliés au VLT, l'équipe a pu capturer la lumière en provenance de la naine blanche et de la matière environnante, sur une période de douze ans s'étendant de 2003 à 2015. Le fait d'effectuer des observations à diverses périodes de l'année a par ailleurs permis d'observer le système sous plusieurs angles distincts [2].

“L'image que nous avons composée à partir des données traitées indique que ces systèmes arborent le forme de disques, et révèle l'existence de nombreuses structures qu'un simple instantané ne pourrait nous permettre de détecter”, explique Christophe Manser, auteur principal de cette étude.

L'équipe a utilisé une technique baptisée tomographie Doppler – basée sur le même principe que la tomographie médicale permettant de scanner le corps humain, ce qui lui a permis de cartographier en détail, et pour la toute première fois, la structure des vestiges de gaz rougeoyant du repas de l'étoile morte en orbite autour de J1228+1040.

Au contraire des étoiles massives – celles dont la masse excède les quelque dix masses solaires – qui achèvent leur existence de manière spectaculaire et violente sous la forme d'une explosion en supernova, les étoiles de dimensions plus modestes ne connaissent pas de fin tragique. Lorsque des étoiles tel le Soleil sont sur le point de mourir, elles épuisent leur reste de carburant, se dilatent au point de ressembler à des géantes rouges puis expulsent leurs couches périphériques dans l'espace. Ne subsiste que le cœur, brûlant et dense à la fois, de l'étoile initiale. C'est le stade naine blanche.

Les planètes, les astéroïdes et les autres corps d'un tel système survivent-ils à cette épreuve du feu ? Qu'en reste-t-il exactement ? Les nouvelles observations aident à répondre à ces questions.

Il est rare que les naines blanches soient entourées de disques de matière gazeuse orbitant autour d'elles – seules sept systèmes de ce type ont à ce jour été observés. L'équipe en a conclu qu'un astéroïde s'était dangereusement approché de l'étoile morte puis s'était disloqué, sous l'effet des forces de marée d'une grande intensité. Ses restes constituent le disque de matière visible sur l'image.

Le disque en orbite s'est formé similairement aux anneaux si photogéniques de planètes telle Saturne. Toutefois, J1228+1040 arbore un diamètre au moins sept fois inférieur à celui de la planète aux anneaux, et est caractérisée par une masse quelque 2500 fois plus élevée. En outre, la distance séprant la naine blanche du disque diffère nettement de celle qui sépare Saturne de ses anneaux. Ce second système tiendrait largement à l'intérieur du premier, en effet [3].

Cette nouvelle étude menée sur le long terme au moyen du VLT a par ailleurs permis à l'équipe d'observer la précession du disque sous l'effet de l'intense champ gravitationnel généré par la naine blanche. Enfin, il est apparu que le disque présente quelques déséquilibres et n'arbore pas encore une forme circulaire.

“Lorsqu'en 2006 nous avons découvert ce disque de débris en orbite autour de la naine blanche, nous ne pouvions imaginer les merveilleux détails aujourd'hui visibles sur cette image composée à partir de douze années de données – celà valait réellement la peine d'attendre”, ajoute Boris Gänsicke, l'un des co-auteurs de cette étude.

L'étude de vestiges tel que J1228+1040 peut améliorer notre connaissance des environnements d'étoiles en fin de vie, notre compréhension des processus à l'oeuvre au sein des systèmes exoplanétaires, et même nous permettre de nous projeter dans sept milliards d'années, lorsque le Soleil achèvera son existence.

 

Dirigée par Chistopher Manser, doctorant à l'Université de Warwick au Royaume-Uni, l'équipe a utilisé les données acquises par le Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO ainsi que divers instruments équipant d'autres observatoires pour étudier les débris d'un astéroïde autour d'un vestige stellaire – une naine blanche baptisée SDSS J1228+1040 [1].

Grâce à divers instruments, parmi lesquels UVES, un spectrographe opérant dans les domaines Ultraviolet et Visible, et X-shooter, tous deux reliés au VLT, l'équipe a pu capturer la lumière en provenance de la naine blanche et de la matière environnante, sur une période de douze ans s'étendant de 2003 à 2015. Le fait d'effectuer des observations à diverses périodes de l'année a par ailleurs permis d'observer le système sous plusieurs angles distincts [2].

“L'image que nous avons composée à partir des données traitées indique que ces systèmes arborent le forme de disques, et révèle l'existence de nombreuses structures qu'un simple instantané ne pourrait nous permettre de détecter”, explique Christophe Manser, auteur principal de cette étude.

L'équipe a utilisé une technique baptisée tomographie Doppler – basée sur le même principe que la tomographie médicale permettant de scanner le corps humain, ce qui lui a permis de cartographier en détail, et pour la toute première fois, la structure des vestiges de gaz rougeoyant du repas de l'étoile morte en orbite autour de J1228+1040.

Au contraire des étoiles massives – celles dont la masse excède les quelque dix masses solaires – qui achèvent leur existence de manière spectaculaire et violente sous la forme d'une explosion en supernova, les étoiles de dimensions plus modestes ne connaissent pas de fin tragique. Lorsque des étoiles tel le Soleil sont sur le point de mourir, elles épuisent leur reste de carburant, se dilatent au point de ressembler à des géantes rouges puis expulsent leurs couches périphériques dans l'espace. Ne subsiste que le cœur, brûlant et dense à la fois, de l'étoile initiale. C'est le stade naine blanche.

Les planètes, les astéroïdes et les autres corps d'un tel système survivent-ils à cette épreuve du feu ? Qu'en reste-t-il exactement ? Les nouvelles observations aident à répondre à ces questions.

Il est rare que les naines blanches soient entourées de disques de matière gazeuse orbitant autour d'elles – seules sept systèmes de ce type ont à ce jour été observés. L'équipe en a conclu qu'un astéroïde s'était dangereusement approché de l'étoile morte puis s'était disloqué, sous l'effet des forces de marée d'une grande intensité. Ses restes constituent le disque de matière visible sur l'image.

Le disque en orbite s'est formé similairement aux anneaux si photogéniques de planètes telle Saturne. Toutefois, J1228+1040 arbore un diamètre au moins sept fois inférieur à celui de la planète aux anneaux, et est caractérisée par une masse quelque 2500 fois plus élevée. En outre, la distance séprant la naine blanche du disque diffère nettement de celle qui sépare Saturne de ses anneaux. Ce second système tiendrait largement à l'intérieur du premier, en effet [3].

Cette nouvelle étude menée sur le long terme au moyen du VLT a par ailleurs permis à l'équipe d'observer la précession du disque sous l'effet de l'intense champ gravitationnel généré par la naine blanche. Enfin, il est apparu que le disque présente quelques déséquilibres et n'arbore pas encore une forme circulaire.

“Lorsqu'en 2006 nous avons découvert ce disque de débris en orbite autour de la naine blanche, nous ne pouvions imaginer les merveilleux détails aujourd'hui visibles sur cette image composée à partir de douze années de données – celà valait réellement la peine d'attendre”, ajoute Boris Gänsicke, l'un des co-auteurs de cette étude.

L'étude de vestiges tel que J1228+1040 peut améliorer notre connaissance des environnements d'étoiles en fin de vie, notre compréhension des processus à l'oeuvre au sein des systèmes exoplanétaires, et même nous permettre de nous projeter dans sept milliards d'années, lorsque le Soleil achèvera son existence.

Notes

[1] La dénomination complète de la naine blanche est la suivante :  SDSS J122859.93+104032.9.

[2] L'équipe a identifié, grâce à sa forme de trident, la signature spectrale du calcium ionisé notée CA II et baptisé triplet du calcium. La différence entre les longueurs d'onde connues et observées de ces trois raies permet de déterminer, avec grande précision, la vitesse du gaz.

[3] Bien que le disque qui entoure cette naine blanche soit de taille nettement supérieure à celle des anneaux de Saturne, il paraît bien modeste comparé aux disques de débris à partir desquels se forment les planètes autour des jeunes étoiles.

Plus d'informations

at the white dwarf SDSS J122859.93+104032.9”, par C. Manser et al., à paraître au sein de la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L'équipe est composée de Christopher Manser (Université de Warwick, Royaume-Uni), Boris Gaensicke (Université de Warwick), Tom Marsh (Université de Warwick), Dimitri Veras (Université de Warwick, Royaume-Uni), Detlev Koester (Université de Kiel, Allemagne), Elmé Breedt (Université de Warwick), Anna Pala (Université de Warwick), Steven Parsons (Université de Valparaiso, Chili) et John Southworth (Université de Keele).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel.

Liens

Contacts

Thierry Botti
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille / Institut Pythéas
Marseille, France
Tel: +33 4 95 04 41 06
Email: thierry.botti@osupytheas.fr

Christopher Manser
University of Warwick
United Kingdom
Email: C.Manser@warwick.ac.uk

Boris Gänsicke
University of Warwick
United Kingdom
Tel: +44 (0)2476574741
Email: Boris.Gaensicke@warwick.ac.uk

Tom Frew
International Press Officer, University of Warwick
United Kingdom
Tel: +44 (0)24 7657 5910
Mobile: +44 (0)7785 433 155
Email: a.t.frew@warwick.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobile: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1544.

A propos du communiqué de presse

Communiqué de presse N°:eso1544fr
Nom:SDSS J122859.93+104032.9
Type:Milky Way : Star : Evolutionary Stage : White Dwarf
Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Debris
Facility:Very Large Telescope
Instruments:UVES, X-shooter
Science data:2016MNRAS.455.4467M

Images

Vue d'artiste du disque de matière rougeoyante autour de la naine blanche SDSS J1228+1040
Vue d'artiste du disque de matière rougeoyante autour de la naine blanche SDSS J1228+1040
Vue d'artiste du disque de matière entourant SDSS J1228+1040 et du système d'anneaux de Saturne
Vue d'artiste du disque de matière entourant SDSS J1228+1040 et du système d'anneaux de Saturne
Mouvements de matière autour de la naine blanche SDSS J1228+1040
Mouvements de matière autour de la naine blanche SDSS J1228+1040

Vidéos

Vue d'artiste du disque de matière rougeoyante autour de la naine blanche  SDSS J1228+1040
Vue d'artiste du disque de matière rougeoyante autour de la naine blanche SDSS J1228+1040

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