Résolvez le mystère de la pollution des métaux stellaires

Les étoiles mortes, appelées naines blanches, ont une masse semblable à celle du Soleil tout en étant de taille similaire à celle de la Terre. Elles sont courantes dans notre galaxie, où 97 % des étoiles sont des naines blanches. Lorsque les étoiles atteignent la fin de leur vie, leurs noyaux s’effondrent pour former une boule dense de naines blanches, faisant ressembler notre galaxie à un cimetière éthéré.

Malgré leur prévalence, la composition chimique de ces restes stellaires reste un mystère pour les astronomes depuis des années. La présence d’éléments de métaux lourds – tels que le silicium, le magnésium et le calcium – à la surface de bon nombre de ces objets compacts est une découverte déroutante qui remet en question nos attentes en matière de comportement stellaire.

« Nous savons que si ces métaux lourds sont présents à la surface de la naine blanche, alors la naine blanche est suffisamment dense pour que ces métaux lourds coulent très rapidement vers le noyau », explique Tatsuya Akiba, étudiant diplômé à l’Institut Gila. « Donc, vous ne devriez voir aucun métal à la surface de la naine blanche à moins que la naine blanche ne mange quelque chose. »

Même si les naines blanches peuvent consommer de nombreux objets proches, tels que des comètes ou des astéroïdes (appelés planétésimaux), les complexités de ce processus n’ont pas encore été pleinement explorées. Cependant, ce comportement pourrait détenir la clé pour percer le secret de la composition métallique de la naine blanche, ce qui pourrait conduire à des découvertes passionnantes sur la dynamique des naines blanches.

Dans les résultats présentés en A Nouveau papier dans Lettres de journaux astrophysiques, Akiba, avec Anne-Marie Madigan, boursière du JILA et professeur d’astrophysique et de sciences planétaires à l’Université du Colorado à Boulder, et Sela McIntyre, étudiante de premier cycle, pensent avoir trouvé une raison pour laquelle ces zombies stellaires mangent les planétésimaux proches d’eux. À l’aide de simulations informatiques, les chercheurs ont simulé la naine blanche recevant un « coup de pied de naissance » lors de sa formation (ce qui a été observé) en raison d’une perte de masse asymétrique, modifiant son mouvement et la dynamique de toute matière environnante.

Dans 80 % de leurs tests, les chercheurs ont observé que depuis le coup de pied, les orbites des comètes et des astéroïdes situés entre 30 et 240 UA de la naine blanche (correspondant à la distance du Soleil à Neptune et au-delà) sont devenues longues et alignées. . De plus, environ 40 % des planétésimaux ultérieurs proviennent d’orbites rétrogrades (rétrogrades).

Les chercheurs ont également étendu leurs simulations pour examiner la dynamique de la naine blanche après 100 millions d’années. Ils ont découvert que les planétésimaux proches de la naine blanche avaient encore de longues orbites et se déplaçaient comme une seule unité cohésive, un résultat jamais vu auparavant.

« Je pense que c’est quelque chose d’unique dans notre théorie : nous pouvons expliquer pourquoi les événements d’accrétion durent très longtemps », explique Madigan. « Alors que d’autres mécanismes peuvent expliquer l’événement d’accrétion initial, nos simulations expliquent pourquoi il s’est encore produit des centaines de millions d’années plus tard. »

Ces résultats expliquent pourquoi des métaux lourds se retrouvent à la surface de la naine blanche, cette naine blanche consommant constamment des objets plus petits sur son passage.

Tout est question de gravité

Alors que le groupe de recherche de Madigan au JILA se concentre sur la dynamique gravitationnelle, l’examen de la gravité entourant les naines blanches semble être un objectif d’étude naturel.

« Les simulations nous aident à comprendre la dynamique de différents objets astrophysiques », explique Akiba. « Donc, dans cette simulation, nous jetons un groupe d’astéroïdes et de comètes autour de la naine blanche, qui est beaucoup plus grande, et voyons comment la simulation évolue et lequel de ces astéroïdes et comètes mange la naine blanche. »

Les chercheurs espèrent étendre leurs simulations à plus grande échelle dans de futurs projets, en étudiant comment les naines blanches interagissent avec des planètes plus grandes.

Comme l’explique Akiba : « D’autres études ont suggéré que les astéroïdes et les comètes, c’est-à-dire les petits objets, ne seraient peut-être pas la seule source de contamination métallique à la surface de la naine blanche. Par conséquent, les naines blanches pourraient manger quelque chose de plus grand, comme une planète. »

Apprenez-en davantage sur la formation du système solaire

Ces nouveaux résultats en révèlent davantage sur la formation des naines blanches, ce qui est important pour comprendre l’évolution des systèmes solaires au fil des millions d’années. Ils contribuent également à faire la lumière sur les origines et l’évolution future de notre système solaire, et à en révéler davantage sur la chimie impliquée.

« La grande majorité des planètes de l’univers finiront par orbiter autour d’une naine blanche », explique Madigan. « Il est possible que 50 % de ces systèmes soient dévorés par leurs étoiles, y compris notre propre système solaire. Nous disposons désormais d’un mécanisme pour expliquer pourquoi cela se produit. »

« Les miniplanètes peuvent nous donner un aperçu d’autres systèmes solaires et compositions planétaires au-delà de l’endroit où nous vivons dans notre propre région solaire », ajoute McIntyre. « Les naines blanches ne sont pas seulement une lentille vers le passé. Elles servent également de lentille vers le futur. »