Une planète née après la mort de son étoile ? Hubble révèle les indices d'un scénario cosmique extraordinaire

Cela fait plus de 35 ans que le télescope spatial Hubble est opérationnel, orbitant à 515 kilomètres d'altitude environ. Il a collecté avec son miroir de 2,4 mètres de diamètre des données allant de l'infrarouge proche à l'ultraviolet, en passant dans le visible. Ces données sont archivées, de sorte qu'elles peuvent être analysées de façon nouvelle des décennies plus tard, avec les progrès des techniques de traitement des images et des spectres.

Parfois, ces techniques donnent lieu à des découvertes remarquables et c'est ce qui est arrivé à Jamie Williams, astronome, auteur principal d'une étude publiée dans un article de Nature Astronomy avec des collègues, lui-même étant doctorant à l'université de Warwick, au Royaume-Uni.

Le chercheur avait commencé par traiter des données spectroscopiques renseignant sur la composition d'une atmosphère particulière, celle d'une naine blanche observée par Hubble en 1999 et qui dans un catalogue porte le nom de HS 0209+0832.

Rappelons que les naines blanches sont des cadavres stellaires d'étoiles tout au plus un peu plus massives que le Soleil et de la taille de la Terre.

Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (ECP Productions, 2010), Jean-Pierre Luminet parle de l'évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges, puis en naines blanches. © Jean-Pierre Luminet

Une nucléosynthèse stellaire exotique

Jamie Williams s'est retrouvé confronté à environ une centaine de signatures chimiques qui avaient été impossibles à identifier en 1999 avec HS 0209+0832. Mais, à l'aide d'une base de données chimiques actualisée, l'astrophysicien a découvert qu'un métal utilisé sur Terre - notamment dans la joaillerie et dans certains dispositifs d'imagerie médicale -, le niobium, correspondait à de nombreuses signatures jusque-là mystérieuses.

Mais il y en avait vraiment beaucoup (du niobium présent à des teneurs plus de 1 000 fois supérieures à celles du Soleil). Or, il faut savoir que ce métal plus lourd que le fer ne se forme pas dans le cœur des étoiles par simple fusion thermonucléaire. Par contre, on sait qu'il s'en produit pour des étoiles destinées à devenir des naines blanches dans les conditions très particulières où elles sont mourantes, c'est-à-dire en phase de géante rouge avec une atmosphère dilatée et des instabilités dans l'étoile conduisant à des éjections de matière contenant des éléments lourds synthétisés à ce moment-là, plus massifs que le fer, notamment du niobium.

Découvrez Hubert Reeves comme vous ne l'avez jamais connu !

Les États-Unis ont eu Carl Sagan, les Britanniques Stephen Hawking et les Français, le Canadien d'origine Hubert Reeves qui était né le 13 juillet 1932 dans « La Belle Province », une périphrase utilisée pour désigner le Québec. Figure de proue de la vulgarisation de l'astrophysique pour les Français, préoccupé avant l'heure par l'impact d'Homo sapiens sur son environnement, il nous a quittés le 13 octobre 2023. Mais dans un ouvrage biographique récemment publié, l'autrice Laurence Honnorat, photographe, conférencière et conseil en conception et pilotage d’événements scientifiques rend un vibrant hommage au polymathe qu'était Hubert Reeves, qui n'est pas sans rappeler ceux de la Renaissance à Florence du temps de Léonard de Vinci, Jean Pic de la Mirandole et Marsile Ficin.... Lire la suite

Le regretté Hubert Reeves aurait pu nous donner bien des précisions sur ces phénomènes puisqu'il s'agit de nucléosynthèses stellaires, exactement ce dont traite le domaine de l'astrophysique nucléaire qui était le sien.

Un scénario cosmogonique étonnant

Transposé au Soleil, ce scénario conduirait à la destruction de Mercure, de Vénus et peut-être de la Terre quand celui-ci gonflera pour atteindre le stade de géante rouge, laissant comme vestige un disque de poussières autour d'une naine blanche.

Mais si on l'applique au cas de HS 0209+0832, on aboutit à un résultat étonnant pour rendre compte des observations.

Des astronomes, en réexaminant des observations réalisées il y a plusieurs décennies par le télescope spatial Hubble de la Nasa, ont découvert un indice chimique inattendu autour d'une naine blanche : du niobium, un élément lourd formé lors des dernières phases de la vie d'une étoile. Conjuguées aux observations d'autres missions de la Nasa, ces données suggèrent une possibilité fascinante : une planète de la taille de Jupiter pourrait s'être formée à partir de la matière éjectée lors de la mort de l'étoile. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa, Goddard Space Flight Center

Les planètes formées initialement avec l'étoile, tout comme elle, ne contenaient pas de quantité importante de niobium et celles qui ne l'ont pas quitté lors de la phase géante rouge ont dû en quelque sorte « sédimenter » dans le cœur de la naine blanche.

Pour rendre compte du niobium détecté, il faut imaginer qu'une nouvelle planète, une géante gazeuse, est née dans le disque de poussière enrichi en niobium par le gaz éjecté par la géante rouge, et qu'elle est maintenant si proche de sa naine blanche que la gravité de l'astre compact lui arrache du gaz poussiéreux, lui aussi enrichi en niobium.

Les quatre grandes étapes de la formation d'une planète de seconde génération. © Nasa, ESA, L. Hustak (STScI)

En résumé, comme le montrent les schémas ci-dessus, HS 0209+0832 serait une planète de seconde génération, qui se serait formée après la mort de l'étoile à partir de la matière qu'elle avait elle-même rejetée.

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Remarquablement, des données de transits planétaires possibles détectés par le satellite Tess de la Nasa suggèrent le présence d'une géante gazeuse de la taille de Jupiter, en rotation synchrone sur une orbite très serrée dont la période orbitale serait de 4,4 jours. De facto, à une distance aussi réduite de la naine blanche, l'atmosphère externe de la planète devrait au moins se volatiliser sous l'effet du rayonnement intense de l'astre compact, la matière ainsi éjectée retomberait sur la surface de la naine blanche, maintenant une signature chimique inhabituelle.