Voyage au centre d’une étoile naine

Un cœur stellaire défiant les prédictions : voici ce que dévoile la première cartographie de l’intérieur d’une étoile naine blanche réalisée par une équipe internationale menée par une jeune chercheuse de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie. Cette avancée va permettre de mieux comprendre les mécanismes physiques impliqués dans l’évolution des étoiles et de notre Soleil. Ce résultat est publié dans la revue Nature, à partir du 8 janvier 2018.

C’est en exploitant les données du satellite Kepler de la Nasa sur les pulsations de l’étoile KIC 08626021 qu’une équipe internationale d’astrophysiciens, menée par une jeune chercheuse de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) de Toulouse, a dressé la cartographie de la composition interne d’une naine blanche, successeur lointain d’une étoile semblable à notre Soleil. Les oscillations de luminosité observées à la surface de cette étoile ont pu être déchiffrées au moyen de techniques "astérosismologiques", analogues aux méthodes qu’emploient les géophysiciens pour étudier la structure de notre planète grâce aux ondes sismiques provoquées par les tremblements de Terre.

Les étoiles naines blanches sont les reliques des cœurs de près de 97% des étoiles de l’Univers. Ces véritables fossiles stellaires conservent précieusement en leur sein l’empreinte des processus physiques passés, tels que le brûlage nucléaire et les épisodes de mélange convectif, phénomènes toujours très incertains dans les modélisations actuelles dans les théories d’évolution stellaire. Obtenir une vue claire de la composition de ces étoiles permettra donc de mieux déchiffrer les phénomènes en jeu lors des phases antérieures de leur évolution.

Au cœur de leur lente agonie de naine blanche, durant laquelle elles se refroidissent inexorablement, ces étoiles passent par des phases d’instabilité où elles se mettent à vibrer. Ces profondes vibrations – ou tremblements d’étoile – sont les clés permettant de lever le voile sur l’intérieur même de ces résidus stellaires. La stratification chimique interne de la naine blanche génère une signature unique sur les modulations lumineuses émergeant de l’étoile qui, une fois déchiffrée, permet d’en cartographier la structure.

Et que dévoile-t-on du plus profond de ces étoiles ? Non seulement un cœur nettement plus grand et riche en oxygène que prédit, mais également le profil de distribution des principaux éléments chimiques présents. Cette découverte offre ainsi un banc d’essai d’une grande précision pour calibrer finement les processus physiques de brûlage nucléaire et de mélange convectif à  l’œuvre dans la plupart des étoiles, en particulier durant les phases d’évolution stellaire pré-naine blanche. Une connaissance précise de la composition chimique interne des naines blanches est également précieuse pour les utiliser comme "chronomètres cosmiques" destinés à la datation des populations stellaires composant notre Galaxie.