Two-faced star exposed: Unusual white dwarf with a hydrogen side and a helium side
Étoile à deux faces exposée : naine blanche inhabituelle avec un côté hydrogène et un côté hélium
par l'Institut de technologie de Californie
Le concept de cet artiste montre la naine blanche à deux visages surnommée Janus. Les cendres mortes teintées de bleu d'une étoile, qui était autrefois une étoile comme notre soleil, sont composées principalement d'hydrogène d'un côté et d'hélium de l'autre (le côté hydrogène apparaît plus brillant). La nature particulière à double face de cette naine blanche pourrait être due à l'interaction des champs magnétiques et de la convection, ou à un mélange de matériaux. Du côté de l'hélium, qui semble pétillant, la convection a détruit la fine couche d'hydrogène à la surface et fait remonter l'hélium en dessous. Crédit : K. Miller, Caltech/IPAC
Dans une première pour les naines blanches, les noyaux brûlés des étoiles mortes, les astronomes ont découvert qu'au moins un membre de cette famille cosmique a deux visages. Un côté de la naine blanche est composé d'hydrogène, tandis que l'autre est composé d'hélium.
"La surface de la naine blanche change complètement d'un côté à l'autre", explique Ilaria Caiazzo, chercheuse postdoctorale à Caltech qui dirige une nouvelle étude sur les résultats dans la revue Nature. "Quand je montre les observations aux gens, ils sont époustouflés."
Les naines blanches sont les restes brûlants d'étoiles qui ressemblaient autrefois à notre soleil. Au fur et à mesure que les étoiles vieillissent, elles se gonflent en géantes rouges; finalement, leur matière pelucheuse extérieure est soufflée et leurs noyaux se contractent en naines blanches denses et brûlantes. Notre soleil évoluera vers une naine blanche dans environ 5 milliards d'années.
La nouvelle naine blanche, surnommée Janus d'après le dieu romain de la transition à deux visages, a été initialement découverte par le Zwicky Transient Facility (ZTF), un instrument qui scanne le ciel chaque nuit depuis l'observatoire Palomar de Caltech près de San Diego.
Caiazzo cherchait des naines blanches hautement magnétisées, comme l'objet connu sous le nom de ZTF J1901 + 1458, qu'elle et son équipe avaient trouvé précédemment en utilisant ZTF. Un objet candidat s'est démarqué par ses changements rapides de luminosité, c'est pourquoi Caiazzo a décidé d'approfondir ses recherches avec l'instrument CHIMERA à Palomar, ainsi qu'avec HiPERCAM sur le Gran Telescopio Canarias dans les îles Canaries en Espagne. Ces données ont confirmé que Janus tourne sur son axe toutes les 15 minutes.
L'animation de cet artiste montre la naine blanche à deux faces surnommée Janus tournant sur son axe. Les cendres mortes teintées de bleu d'une étoile, qui était autrefois une étoile comme notre soleil, sont composées principalement d'hydrogène d'un côté et d'hélium de l'autre (le côté hydrogène apparaît plus brillant). La nature particulière à double face de cette naine blanche pourrait être due à l'interaction des champs magnétiques et de la convection, ou à un mélange de matériaux. Du côté de l'hélium, qui semble pétillant, la convection a détruit la fine couche d'hydrogène à la surface et fait remonter l'hélium en dessous. La rotation de la naine blanche a été accélérée dans cette animation ; normalement, il tourne autour de son axe toutes les 15 minutes. Crédit : K. Miller, Caltech/IPAC
Des observations ultérieures faites avec l'observatoire WM Keck au sommet de Maunakea à Hawaiʻi ont révélé la nature dramatique à double face de la naine blanche. L'équipe a utilisé un instrument appelé spectromètre pour diffuser la lumière de la naine blanche dans un arc-en-ciel de longueurs d'onde contenant des empreintes chimiques. Les données ont révélé la présence d'hydrogène lorsqu'un côté de l'objet était en vue (sans aucun signe d'hélium), et uniquement de l'hélium lorsque l'autre côté est apparu.
Qu'est-ce qui ferait qu'une naine blanche flottant seule dans l'espace ait des visages aussi radicalement différents ? L'équipe reconnaît qu'elle est déconcertée mais a proposé quelques théories possibles. Une idée est que nous assistons peut-être à Janus subissant une phase rare d'évolution naine blanche.
"Pas toutes, mais certaines naines blanches passent de l'hydrogène à l'hélium à leur surface", explique Caiazzo. "Nous aurions peut-être pris une de ces naines blanches en flaLes scientifiques pensent que les champs magnétiques peuvent expliquer l'apparence inhabituelle à deux visages de la naine blanche surnommée Janus. Un côté de la surface de l'étoile morte est composé principalement d'hydrogène, tandis que l'autre côté est de l'hélium, comme on le voit dans l'animation de cet artiste. Les champs magnétiques asymétriques (vus comme des lignes en boucle) peuvent avoir influencé le mélange des matériaux dans la naine blanche de manière à avoir causé leur distribution inégale. La rotation de la naine blanche a été accélérée dans cette animation ; normalement, il tourne autour de son axe toutes les 15 minutes. Crédit : K. Miller, Caltech/IPAC
Après la formation des naines blanches, leurs éléments les plus lourds coulent vers leur noyau et leurs éléments plus légers - l'hydrogène étant le plus léger de tous - flottent vers le haut. Mais avec le temps, à mesure que les naines blanches refroidissent, on pense que les matériaux se mélangent. Dans certains cas, l'hydrogène est mélangé à l'intérieur et dilué de telle sorte que l'hélium devient plus répandu. Janus incarne peut-être cette phase de transition, mais une question pressante est la suivante : pourquoi la transition se déroule-t-elle de manière si décousue, un côté évoluant avant l'autre ?
La réponse, selon l'équipe scientifique, pourrait résider dans les champs magnétiques.
"Les champs magnétiques autour des corps cosmiques ont tendance à être asymétriques, ou plus forts d'un côté", explique Caiazzo. "Les champs magnétiques peuvent empêcher le mélange des matériaux. Ainsi, si le champ magnétique est plus fort d'un côté, alors ce côté aurait moins de mélange et donc plus d'hydrogène."
Une autre théorie proposée par l'équipe pour expliquer les deux faces dépend également des champs magnétiques. Mais dans ce scénario, on pense que les champs modifient la pression et la densité des gaz atmosphériques.
Crédit : Institut de technologie de Californie
"Les champs magnétiques peuvent entraîner une baisse des pressions de gaz dans l'atmosphère, ce qui peut permettre à un" océan "d'hydrogène de se former là où les champs magnétiques sont les plus forts", explique le co-auteur James Fuller, professeur d'astrophysique théorique à Caltech. "Nous ne savons pas lesquelles de ces théories sont correctes, mais nous ne pouvons penser à aucune autre façon d'expliquer les côtés asymétriques sans champs magnétiques."
Pour aider à résoudre le mystère, l'équipe espère trouver plus de naines blanches ressemblant à Janus avec l'étude du ciel de ZTF. "ZTF est très doué pour trouver des objets étranges", explique Caiazzo. Les futures enquêtes, telles que celles qui seront réalisées par l'observatoire Vera C. Rubin au Chili, dit-elle, devraient faciliter encore plus la recherche de naines blanches variables.
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COMMENTAIRES
Les lecteurs auront peut etre oublié que
des étoiles comme notre soleil fusionnent déjà l'hydrogène de leur noyau en hélium. Les naines blanches sont de par leur vie antérieure des étoiles qui ont brûlé tout l'hydrogènecomme combustible nucléaire.
Si l on réfute le contenu de cet article on peut donc soit incriminer les résultats analytiques soit supposer que l hydrogène est venu d ailleurs par capture de poussieres ou gaz externes .
L 'explication par une dissymetrie de l action des champs magnétique semble pour certains ''un peu tirée par les cheveux'' ...
XXXMore information: Ilaria Caiazzo, A rotating white dwarf shows different compositions on its opposite faces, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06171-9. www.nature.com/articles/s41586-023-06171-9
Journal information: Nature
Provided by California Institute of Technology
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