Pour la première fois, le télescope Hubble mesure directement la masse d’une naine blanche
Pour la première fois, des astronomes viennent de déterminer la masse d’une naine blanche à l’aide du télescope spatial Hubble. La naine, le noyau résiduel d’une étoile, s’appelle LAWD 37 et s’est consumée il y a environ un milliard d’années.
Image d’entête : l’étoile LAWD 37 vue par Hubble. (NASA, ESA, P. McGill (Univ. de Californie, Santa Cruz et Université de Cambridge), K. Sahu (STScI), J. Depasquale (STScI))
À l’aide du télescope Hubble, une équipe d’astronomes a observé la lumière d’une étoile située à l’arrière-plan se courber brièvement autour de la naine lorsque cette dernière passait devant l’étoile. Les chercheurs ont pu déterminer sa masse en fonction de la quantité de lumière de fond captée par la naine.
Kailash Sahu, coauteur de cette nouvelle étude publiée (lien plus bas), avait déjà mesuré la masse d’une naine blanche pour un rémanent stellaire dans un système binaire.
Selon Sahu :
Notre dernière observation fournit une nouvelle référence, car LAWD 37 est toute seule.
Bien que LAWD 37 ne produise plus de fusion nucléaire, la surface de l’étoile est toujours brûlante avoisinant les 100 000° C. Le rémanent stellaire, situé à environ 15 années-lumière de la Terre, représente aujourd’hui environ 56 % de la masse de notre Soleil.
La méthode utilisée pour déterminer la masse de la naine, la microlentille gravitationnelle, est une version à petite échelle de la lentille gravitationnelle, dans laquelle un objet massif déforme l’espace de telle sorte que la lumière provenant de l’arrière-plan se courbe autour de l’objet, ce qui nous permet de voir des choses qui seraient autrement cachées. L’effet de lentille grossit également la lumière, de sorte que nous pouvons voir des choses qui, autrement, seraient trop ténues pour être détectées. L’année dernière, par exemple, Earendel, une étoile vieille de près de 13 milliards d’années, a été repérée grâce à ce phénomène naturel de loupe.
Hubble mesure la déviation de la lumière de l’étoiles par un objet de premier plan. Cette représentation artistique montre comment la gravité d’une étoile naine blanche au premier plan déforme l’espace et déforme la lumière d’une étoile lointaine située derrière elle. (NASA, ESA, Ann Feild (STScI))
Pour mesurer LAWD 37, l’équipe a dû attendre que la naine passe devant l’étoile de fond, un événement prévisible grâce aux données de la mission Gaia de l’ESA. Ensuite, les chercheurs ont soigneusement séparé la lumière de l’étoile de fond de l’éclat de LAWD 37, beaucoup plus proche.
Cette animation montre le mouvement de l’étoile naine blanche passant devant une étoile lointaine en arrière-plan. Pendant le passage, l’étoile lointaine semble changer légèrement de position, car sa trajectoire lumineuse a été déviée par la gravité de la naine blanche. Cet effet est appelé lentille gravitationnelle. (NASA, ESA, Greg Bacon (STScI))
Selon Peter McGill, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz (UC Santa Cruz) et auteur principal de cette étude :
La taille du décalage que nous avons mesuré est comparable à la longueur d’une voiture sur la Lune vue de la Terre. La lumière éblouissante de la naine blanche peut provoquer des traînées dans des directions imprévisibles, ce qui signifie que nous avons dû analyser chacune des observations de Hubble avec une extrême attention, ainsi que leurs limites, pour modéliser l’événement et estimer la masse de LAWD 37.
Ce graphique montre comment la microlentille a été utilisée pour mesurer la masse de l’étoile naine blanche. Les encadrés à droite montrent comment la naine est passée devant une étoile de fond en 2019. La ligne bleue ondulée trace le mouvement apparent de la naine dans le ciel, vu de la Terre. Bien que la naine suive une trajectoire rectiligne, le mouvement de la Terre en orbite autour du Soleil lui confère un décalage sinusoïdal apparent dû à la parallaxe. (L’étoile n’est distante que de 15 années-lumière et se déplace donc à une vitesse plus rapide par rapport au fond stellaire). (NASA, ESA, Peter McGill (UC Santa Cruz, IoA), Kailash Sahu (STScI)/ Joseph DePasquale (STScI))
Grâce à ces informations, les astronomes seront en mesure de tester la relation entre la masse et le rayon pour d’autres naines blanches, révélant ainsi davantage d’informations sur le comportement de la matière dans des conditions gravitationnelles aussi extrêmes.
Un jour, c’est-à-dire dans environ 5 milliards d’années, notre Soleil deviendra lui aussi une naine blanche. Lorsqu’il n’aura plus de combustible pour sa fusion nucléaire, le Soleil connaîtra sa propre séquence de fin, laissant éventuellement une nébuleuse incandescente dans son sillage.
L’étude est publiée sans The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society et disponible sur le site l’ESA dédié au télescope Hubble (PDF) : First semi-empirical test of the white dwarf mass-radius relationship using et présentée sur ce même site : For the First Time Hubble Directly Measures Mass of a Lone White Dwarf.