Les nains blancs sont les noyaux denses laissés derrière lorsque les étoiles épuisent leur carburant et s’effondrent. Ce sont des braises stellaires de la taille de la Terre pesant généralement la moitié que le soleil, composées de noyaux de carbone-oxygène avec des couches de surface d’hélium et d’hydrogène. En utilisant des données d’extraviolet du télescope spatial Hubble NASA / ESA Hubble, les astronomes ont découvert le carbone atmosphérique dans la naine blanche ultramassive longtemps connue WD 0525 + 526, et ont également constaté que les masses totales d’hydrogène et d’hélium dans l’atmosphère de l’étoile sont considérablement inférieures à celles attendues de la fusion à une étape, ce qui est en train de résister.
WD 0525 + 526 est situé à environ 130 années-lumière dans la constellation d’Auriga.
Avec une masse de 20% plus grande que notre soleil, ce nain blanc est considéré comme ultramassif, et la façon dont cette étoile est devenue n’est pas entièrement comprise.
Une telle naine blanche pourrait se former à partir de l’effondrement d’une étoile massive. Cependant, les données ultraviolets de Hubble ont révélé que WD 0525 + 526 avait de petites quantités de carbone qui s’élevait de son noyau dans son atmosphère riche en hydrogène – suggérant que ce nain blanc ne provenait pas d’une seule étoile massive.
« Dans la lumière optique, WD 0525 + 526 ressemble à une naine blanche lourde mais autrement ordinaire », a déclaré l’astronome de l’Université de Warwick, Snehalata Sahu.
« Cependant, grâce à des observations ultraviolets obtenues avec Hubble, nous avons pu détecter de faibles signatures de carbone qui n’étaient pas visibles pour les télescopes optiques. »
« Trouver de petites quantités de carbone dans l’atmosphère est un signe révélateur que cette naine blanche massive est probablement un reste d’une fusion entre deux étoiles. »
«Il nous dit également qu’il peut y avoir beaucoup plus de restes de fusion comme celui-ci se faisant passer pour des nains blancs de l’hydrogène pur commun.»
« Seules les observations ultraviolets pourraient nous les révéler. »
Normalement, l’hydrogène et l’hélium forment une enveloppe épaisse en forme de barrière autour d’un noyau nain blanc, gardant des éléments comme le carbone caché.
Dans une fusion de deux étoiles, les couches d’hydrogène et d’hélium peuvent brûler presque complètement à mesure que les étoiles se combinent.
L’étoile unique résultante a une enveloppe très fine qui n’empêche plus le carbone d’atteindre la surface – c’est exactement ce qui se trouve sur WD 0525 + 526.
«Nous avons mesuré les couches d’hydrogène et d’hélium comme dix milliards de fois plus minces que dans les nains blancs typiques», a déclaré l’astronome de l’Université de Warwick, Antoine Bédard.
« Nous pensons que ces couches ont été supprimées dans la fusion, et c’est ce qui permet maintenant à Carbon d’apparaître à la surface. »
« Mais ce reste est également inhabituel: il a environ 100 000 fois moins de carbone à sa surface par rapport aux autres restes de fusion. »
« Le faible niveau de carbone, avec la température élevée de l’étoile (près de quatre fois plus chaud que le Soleil), nous dit que WD 0525 + 526 est beaucoup plus tôt dans son évolution post-fusion que ceux précédemment trouvés. »
«Cette découverte nous aide à mieux comprendre le sort des systèmes d’étoiles binaires, qui est essentiel pour les phénomènes connexes comme les explosions de supernova.»
Ajouter au mystère est la façon dont le carbone atteint la surface dans cette étoile beaucoup plus chaude.
Les autres restes de fusion sont plus tard dans leur évolution et suffisamment fraîches pour que la convection apporte du carbone à la surface. Mais WD 0525 + 526 est beaucoup trop chaud pour ce processus.
Au lieu de cela, les auteurs ont identifié une forme plus subtile de mélange appelé semi-convection, vue ici pour la première fois dans un nain blanc.
Ce processus permet à de petites quantités de carbone de s’élever lentement dans l’atmosphère riche en hydrogène de l’étoile.
«Il est rare de trouver des preuves claires de fusions dans des naines blanches individuelles», a déclaré le professeur de l’Université de Warwick, Boris Gänsicke.
« Mais la spectroscopie ultraviolette nous donne la possibilité de détecter ces signes tôt, lorsque le carbone est toujours invisible aux longueurs d’onde optiques. »
« Parce que l’atmosphère terrestre bloque la lumière ultraviolette, ces observations doivent être effectuées de l’espace, et actuellement seul Hubble peut faire ce travail. »
« Alors que WD 0525 + 526 continue d’évoluer et de refroidir, il est prévu que plus de carbone émerge à sa surface au fil du temps. »
« Pour l’instant, sa lueur ultraviolet offre un aperçu rare de la première étape des conséquences d’une fusion stellaire – et une nouvelle référence sur la façon dont les étoiles binaires mettent fin à leur vie. »
Les résultats apparaissent aujourd’hui dans le journal Astronomie naturelle.
