Rencontrez la micronova : les astronomes ont découvert un nouveau type d’explosion stellaire

Les astronomes ont découvert des explosions thermonucléaires hautement localisées provenant de la surface de trois étoiles naines blanches – des événements exceptionnellement de courte durée qu’ils ont surnommés « micronovae ». Ils sont similaires aux novas, sauf que ces explosions peuvent brûler une énorme quantité de matière en quelques heures seulement, soit à peu près l’équivalent de 3,5 milliards de grandes pyramides de Gizeh. Selon les auteurs d’un nouvel article publié dans la revue Nature, les micronovae pourraient être courantes dans l’Univers ; ils sont simplement difficiles à détecter parce qu’ils ne durent pas très longtemps.

« Le phénomène remet en question notre compréhension de la façon dont les explosions thermonucléaires dans les étoiles se produisent », a déclaré le co-auteur Simone Scaringi, astronome à l’Université de Durham au Royaume-Uni. « Nous pensions le savoir, mais cette découverte propose une manière totalement nouvelle d’y parvenir. Cela montre à quel point l’Univers est dynamique. »

Les astronomes connaissent les novas depuis des siècles. L’astronome du XVIe siècle Tycho Brahe a inventé le terme après avoir été témoin d’une supernova en 1572, la décrivant dans son traité De nova stella (« concernant la nouvelle étoile »). Les termes ont été utilisés de manière interchangeable jusqu’aux années 1930, lorsque les scientifiques ont commencé à faire la distinction entre les événements, car leurs causes et leurs énergies semblaient assez différentes. Les novas sont généralement le résultat, non pas de nouvelles étoiles, comme leur nom l’indique, mais des restes d’étoiles anciennes connues sous le nom de naines blanches.

Le processus commence par un système binaire, dans lequel l’une des deux étoiles se transforme en une géante rouge, ne laissant qu’un noyau résiduel de naine blanche toujours en orbite avec l’autre étoile du système. Une naine blanche est petite et incroyablement dense car elle s’effondre si étroitement que ses électrons sont écrasés ensemble, formant une « matière dégénérée par les électrons ». Finalement, les électrons fournissent une force de pression vers l’extérieur suffisante pour arrêter l’effondrement de l’étoile.

L’une des premières étoiles naines blanches découvertes, surnommée 40 Eridani B, avait une densité plus de 25 000 fois celle du Soleil, emballée dans un volume beaucoup plus petit (à peu près la taille de la Terre) – une déduction observationnelle que les astronomes ont initialement jugée impossible. Une deuxième naine blanche, Sirius B (en orbite autour de l’étoile Sirius), a été découverte peu de temps après et est apparue incroyablement dense. Comme l’a dit l’astronome Arthur Eddington en 1927 :

Nous apprenons à connaître les étoiles en recevant et en interprétant les messages que leur lumière nous apporte. Le message du compagnon de Sirius lorsqu’il a été décodé disait : « Je suis composé d’un matériau 3 000 fois plus dense que tout ce que vous avez jamais rencontré ; une tonne de mon matériau serait une petite pépite que vous pourriez mettre dans une boîte d’allumettes. » Que répondre à un tel message ? La réponse que la plupart d’entre nous avons faite en 1914 était : « Tais-toi. Ne dis pas de bêtises.

Bien sûr, ce n’était pas du tout absurde, comme les scientifiques l’ont finalement confirmé. Et ce sont les propriétés uniques des étoiles naines blanches qui donnent naissance aux novas. Si une naine blanche est suffisamment proche de son étoile compagne, elle commence à siphonner de la matière (généralement de l’hydrogène) de l’atmosphère extérieure de son étoile compagne. L’hydrogène tombe sur la surface très chaude de la naine blanche et ses atomes fusionnent en hélium dans une explosion thermonucléaire. Pour une nova, cela se produit sur toute la surface de l’étoile, produisant une lumière intense et brillante qui peut être observée pendant plusieurs semaines.

Scaringi et ses collègues astronomes ont donc été surpris de trouver des éclairs de lumière brillants, semblables à une nova, qui n’ont duré que quelques heures lors de l’analyse des données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. Lancée en 2018, la mission de TESS est de rechercher des planètes en dehors de notre système solaire en recherchant des baisses périodiques de la lumière des étoiles, preuve qu’une exoplanète pourrait être en orbite autour d’une telle étoile.

Une enquête plus approfondie a révélé deux autres événements similaires, que les astronomes ont surnommés micronovae. Deux de ces événements ont été observés sur des étoiles déjà connues pour être des naines blanches. L’équipe s’est appuyée sur des observations supplémentaires du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral pour confirmer que le troisième était également une naine blanche.

Mais pourquoi ces explosions thermonucléaires étaient-elles si étrangement localisées ? Un article de suivi publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society propose que les micronovae pourraient être déclenchées par le confinement magnétique de matière sur une naine blanche en accrétion. Les puissants champs magnétiques de l’étoile dirigent la matière vers les pôles magnétiques, déclenchant une explosion thermonucléaire confinée par ces mêmes champs magnétiques.

« Pour la première fois, nous avons maintenant vu que la fusion de l’hydrogène peut également se produire de manière localisée. Le carburant hydrogène peut être contenu à la base des pôles magnétiques de certaines naines blanches, de sorte que la fusion ne se produit qu’à ces pôles magnétiques », a déclaré le co-auteur Paul Groot, astronome à l’Université Radboud aux Pays-Bas. « Cela conduit à l’explosion de bombes à micro-fusion, qui ont environ un millionième de la force d’une explosion de nova, d’où le nom de micronova. »

L’étape suivante consiste à identifier encore plus d’événements de micronova pour vérifier cette hypothèse. « Soi-disant, ils sont abondants ; ils sont vraiment difficiles à trouver », a déclaré Scaringi. « Ayant trouvé plus de micronova, j’espère que nous pourrons essayer de développer nos théories sur la façon dont les explosions thermonucléaires peuvent réellement se produire lorsque la matière est magnétiquement confinée sur une naine blanche. »

DOI : Nature, 2022. 10.1038/s41586-022-04495-6 (À propos des DOI).

Image de la liste par ESO/M. Kornmesser, L. Calçada