Des astronomes ont découvert une planète orbitant autour d’une naine blanche. Une première : d’habitude ces étoiles en fin de vie n’ont plus de système planétaire. Cette découverte qui permet d’en savoir plus sur ce qui arrivera lors de la fin de notre Système Solaire.

À quoi ressemblera notre Système Solaire une fois le Soleil arrivé à la fin de sa vie ? Des astronomes et des physiciens auteurs d’une étude parue le 5 avril dernier dans Science ont peut-être un début de réponse. Ils ont découvert les restes d’une planète orbitant autour d’une naine blanche.

La Terre, une planète normalement constituée qui ne résistera probablement pas à la transformation de son soleil. Désolé. // Source : Pixabay

Bye la Terre

Notre Soleil a atteint l’âge respectable de 4,5 milliards d’années, mais sa durée de vie est estimée à 11 milliards d’années. À la fin il devrait gonfler, exploser, ne laissant derrière lui que son noyau — une naine blanche. Sa masse aura légèrement diminué, mais pas tant que son volume puisqu’il ne devrait pas excéder la taille actuelle de la Terre. Et la Terre justement dans tout ça, qu’en restera-t-il ? D’après les observations d’autres systèmes planétaires dans l’Univers, notre planète comme toutes les autres devrait avoir disparu, soufflée par l’explosion cataclysmique du Soleil, et il ne resterait que quelques débris épars formant un disque de poussière autour de la naine blanche.

À moins que des objets un peu plus gros subsistent. C’est en tout cas ce qu’ont observé les auteurs de l’étude. À plus de 400 années-lumière de là, autour d’une étoile connue sous le doux nom de SDSS J122859.93+104032.9, ils ont découvert un corps de plus d’un kilomètre toujours en orbite.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs impliqués ont utilisé la méthode des vitesses radiales. C’est-à-dire qu’ils ont fait une analyse spectroscopique de l’étoile à plusieurs reprises en 2017 puis en 2018, et ils ont observé des variations similaires à intervalle régulier. En clair : quelque chose fait légèrement osciller l’étoile par la force de la gravitation, et la luminosité émise varie un peu. Impossible donc que ce soit un nuage de poussière, il s’agirait de quelque chose de plus imposant et les observations répétées permettent d’affiner le résultat.

SDSS J122859.93+104032.9, vue d’artiste // Source : ESO

Nous ne sommes tout de même pas face à une planète, mais face à un planétésimal, soit un vestige de planète. Sa taille n’est pas estimée avec certitude. Il fait entre 1 et 100 kilomètres et il est situé au sein du disque de poussière depuis au moins 15 ans. Mais surtout, il gravite autour de son étoile en seulement deux heures, ce qui est assez exceptionnel comme nous l’explique Christopher Manser, physicien à l’université de Warwick au Royaume-Uni, qui a dirigé l’étude : « Nous ne pensions pas qu’un objet pouvait survivre si près de son étoile. Il orbite au sein d’un disque de poussière composé de restes de planètes qui eux, n’ont pas été aussi chanceux et ont été éparpillés. »

Un enthousiasme partagé par d’autres chercheurs comme Isabelle Boisse, astronome adjoint au laboratoire d’astrophysique de Marseille, qui a pu consulter l’étude : « Ce qui est impressionnant, c’est qu’ils ont pu suivre l’objet pendant des années, ce qui confirme l’idée selon laquelle son orbite est stable. Et puis cela prouve aussi qu’il survit autour de son étoile même si ce n’est plus qu’une naine blanche. »

Nous ne pensions pas qu’un objet pouvait survivre si près de son étoile.

Carte postale de la fin du monde

Pour bien comprendre à quel point cette découverte est surprenante, il faut revenir un peu en arrière dans la vie de cette étoile et savoir ce qui lui est arrivé. Au bout de quelques milliards d’années d’existence, elle s’est mise à gonfler et à chauffer pour devenir ce qu’on appelle une géante rouge. Devenue immensément plus grande, elle a englobé en son sein les planètes les plus proches d’elle.

L’enveloppe extérieure du Soleil gonflera deux fois de suite. // Source : Pixabay/CC0 Domaine public (photo recadrée)

Puis, l’hydrogène et l’hélium fusionnent dans une explosion cataclysmique ne laissant que le coeur de l’étoile composé de carbone et d’oxygène. C’est en tout cas ce qui arrive aux étoiles n’excédant pas environ 10 masses solaires. Au-delà, elles deviennent des trous noirs. Mais si les trous noirs ne laissent rien échapper à leur attraction, les naines blanches n’empêchent pas d’autres objets de graviter autour d’elles comme autour de n’importe quelle autre étoile. Cependant, les immenses perturbations lors de la fusion ont en général détruit tout ce qui aurait pu se trouver à proximité.

Alors pourquoi cet objet dans ce cas-là, a survécu ? Et bien la réponse n’est pas si simple à obtenir pour Christopher Manser : « Pour avoir survécu, il faut qu’il s’agisse d’un matériau extrêmement dense, ce qui lui donnerait une structure interne solide et lui permettrait de rester à peu près entier. Il doit donc s’agir d’un morceau de coeur d’une ancienne planète. Mais il faudrait d’autres observations pour en être sûr.  »

Il faut dire que les exemples de planétésimal autour d’une naine blanche ne sont pas monnaie courante. Sans même parler de tous les cas où les étoiles en mourant emportent tout sur leur passage, les naines blanches elles-mêmes sont difficiles à observer. Peu lumineuses, elles n’attirent pas beaucoup l’attention des télescopes et quand elles le font, c’est encore plus difficile de réussir à observer ce qu’il y a autour.

Les géantes rouges sont très lumineuses et englobent bien souvent les objets autour donc c’est difficile d’y voir quoi que ce soit.

En 2015, un autre objet d’au moins 1 kilomètre avait été repéré, grâce à la méthode des transits qui consiste à observer l’objet passer entre l’observateur et l’étoile. Cela permet d’arriver à des résultats plus précis, mais il faut que l’observateur soit exactement dans le bon axe pour espérer voir quelque chose. La méthode des vitesses radiales peut apporter davantage de résultats dans ce cas précis. En plus, l’objet observé en 2015 était un peu plus lointain de son étoile que celui qui nous intéresse dans cette étude, et à part ça, toutes les autres recherches se sont révélées infructueuses.

Une autre piste serait d’observer ce qu’il se passe lors du passage de l’étoile au stade de géante rouge. Mais là aussi c’est compliqué selon Isabelle Boisse : « Les géantes rouges sont très lumineuses et englobent bien souvent les objets autour donc c’est difficile d’y voir quoi que ce soit. En plus, leur luminosité est très variable, ce qui empêche les détections traditionnelles d’objets célestes comme la méthode des vitesses radiales ou celle des transits. Résultat : il y a peu d’études sur le sujet.  »

Caillou solitaire > boule de cristal

Isabelle Boisse ajoute que l’objet étudié pourrait au final ne pas du tout être un vestige de cœur de planète : « Pour ce que l’on sait, ce pourrait être une sorte d’astéroïde qui s’est formé petit à petit par les poussières qui s’agrègent autour de l’étoile. Un mélange des anciennes planètes détruites qui se seraient reconstituées pour former un nouvel ensemble. Il faut continuer d’observer le signal pour voir comment il évolue et si cette piste peut être envisagée.  »

Et l’enjeu est grand puisque ce caillou solitaire autour de son étoile morte pourrait nous donner une idée de l’avenir de notre Système Solaire, une fois notre Soleil au bout de son carburant. « En se transformant en géante rouge, explique Christopher Manser, le Soleil va consumer Mercure, Vénus et la Terre. Mais Mars, la ceinture d’astéroïde, Jupiter et les autres planètes survivront. Si ces planètes sont brisées mais que leur cœur subsiste, il se formera un disque similaire à celui qui est observé dans ce système. Il faut donc trouver d’autres naines blanches à observer pour savoir si c’est un schéma qui se répète. »

Si vous avez deux soleils comme sur Kepler-16b, c’est encore plus compliqué // Source : Flickr/CC/NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

Bien sûr, cette observation seule ne suffit pas pour arriver à cette conclusion, chaque système est différent et il y a des changements liés à la masse de l’étoile, à la proximité des autres planètes et à leur composition. Pour affiner les modèles et pouvoir prédire plus précisément comment notre Système Solaire va disparaître, il faudrait d’autres observations. Mais les chercheurs sont optimistes : jusqu’à très récemment, seuls quelques milliers de naines blanches avaient été identifiées, et quelques centaines à peine pouvaient être situées avec précision.

En 2016, le satellite Gaïa qui a observé 2,8 milliards d’étoiles a observé 200 000 naines blanches à des distances connues. Gaïa qui poursuit encore aujourd’hui sa mission devrait nous fournir de nouvelles observations jusqu’en 2022. Avec l’espoir de trouver un autre planétésimal autour d’une étoile morte.

Crédit photo de la une : ESO

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