Pour la première fois, des astronomes ont découvert des preuves de la présence d’une planète géante en orbite autour d’une minuscule étoile naine blanche morte. Et, étonnamment, la planète de la taille de Neptune a un diamètre plus de quatre fois supérieur à celui de l’étoile de la taille de la Terre qu’elle orbite.

“Cette étoile a une planète que nous ne pouvons pas voir directement”, a déclaré l’auteur de l’étude Boris Gänsicke de l’Université de Warwick dans un communiqué de presse. “Mais parce que l’étoile est si chaude, elle évapore la planète, et nous détectons l’atmosphère qu’elle perd”. En fait, l’étoile brûlante envoie un flux de matière vaporisée loin de la planète à un rythme de quelque 260 millions de tonnes par jour.

La nouvelle découverte sert de première preuve d’une planète gargantuesque survivant à la transition d’une étoile vers une naine blanche. Elle suggère que les planètes qui s’évaporent autour d’étoiles mortes pourraient être assez courantes dans l’univers. Et parce que notre soleil, comme la plupart des étoiles, finira aussi par évoluer en naine blanche, la découverte pourrait même faire la lumière sur le destin de notre système solaire.

Un couple inattendu

La naine blanche en question, surnommée WDJ0914+1914, se trouve à environ 1 500 années-lumière dans la constellation du Cancer. Bien que la naine blanche ne subisse plus de fusion nucléaire comme une étoile normale, sa chaleur persistante lui permet d’atteindre une température de 49 500 degrés Fahrenheit (25 000 Celsius). C’est environ cinq fois plus chaud que le soleil.

Les chercheurs ont initialement repéré le noyau stellaire fumant pour un suivi après avoir passé au crible environ 7 000 naines blanches identifiées par le Sloan Digital Sky Survey. Lorsque l’équipe a analysé le spectre unique de WDJ0914+1914, elle a détecté les empreintes chimiques de l’hydrogène, ce qui est plutôt inhabituel. Mais ils ont également relevé des signes d’oxygène et de soufre – des éléments qu’ils n’avaient jamais vus dans une naine blanche auparavant.

“C’était l’une de ces découvertes fortuites”, a déclaré Gänsicke dans un communiqué de presse de l’Observatoire européen austral (ESO). “Nous savions qu’il devait se passer quelque chose d’exceptionnel dans ce système, et nous avons émis l’hypothèse que cela pouvait être lié à un certain type de vestige planétaire.

Donc, afin de mieux saisir ce qui se passait dans cet étrange système, l’équipe a utilisé l’instrument X-shooter sur le Very Large Telescope de l’ESO au Chili pour effectuer des observations de suivi. En se basant sur un examen plus détaillé, les chercheurs ont appris que les éléments inhabituels qu’ils pensaient être intégrés dans la naine blanche provenaient en fait d’un disque de gaz s’agitant autour de l’étoile morte.

“Au début, nous pensions qu’il s’agissait d’une étoile binaire avec un disque d’accrétion formé par la masse s’écoulant entre les deux étoiles”, a déclaré Gänsicke. “Cependant, nos observations montrent qu’il s’agit d’une seule naine blanche avec un disque autour d’elle d’environ 10 fois la taille de notre soleil, composé uniquement d’hydrogène, d’oxygène et de soufre. Un tel système n’a jamais été vu auparavant, et il a été immédiatement clair pour moi qu’il s’agissait d’une étoile unique.”

Après avoir réalisé à quel point la naine blanche était vraiment inhabituelle, l’équipe a changé d’objectif pour comprendre ce qui pouvait bien créer un tel système.

“Il a fallu quelques semaines de réflexion très poussée pour comprendre que la seule façon de créer un tel disque est l’évaporation d’une planète géante”, a déclaré Matthias Schreiber, astronome à l’Université de Valparaiso au Chili, qui a joué un rôle essentiel dans la détermination de l’évolution passée et future de ce système bizarre. Leur analyse détaillée de la composition du disque correspond à ce à quoi les astronomes s’attendraient si les entrailles d’une géante de glace comme Uranus et Neptune étaient vaporisées dans l’espace.

Selon les calculs de Schreiber, la température extrême de la naine blanche signifie qu’elle bombarde la planète géante voisine – qui se trouve à 0,07 unité astronomique (UA) de l’étoile, 1 UA étant la distance Terre-Soleil – de photons à haute énergie. Cela fait perdre à la planète sa masse à un rythme de plus de 3 000 tonnes par seconde.

Mais selon l’article, publié mercredi dans Nature, “Alors que la naine blanche continue à se refroidir, le taux de perte de masse va progressivement diminuer, et devenir indétectable en Et d’ici là, ajoute l’article, la planète géante seulement aura perdu “une fraction insignifiante de sa masse totale”, soit environ 0.04 masses de Neptune.

Parce que la planète géante est située si près de la naine blanche, les chercheurs disent qu’elle devrait avoir été détruite pendant la phase de géante rouge des étoiles. C’est-à-dire, à moins qu’elle ait migré vers l’intérieur après la transition de l’étoile vers une naine blanche.

“Cette découverte est un progrès majeur car au cours des deux dernières décennies, nous avions de plus en plus de preuves que les systèmes planétaires survivent jusqu’au stade de naine blanche”, a déclaré Gänsicke. “Nous avons vu beaucoup d’astéroïdes, de comètes et d’autres petits objets planétaires heurter des naines blanches, et l’explication de ces événements nécessite des corps plus grands, de masse planétaire, plus éloignés. Avoir la preuve qu’une planète réelle a elle-même été dispersée est une étape importante.”

Le sort ultime de notre système solaire

Dans 5 milliards d’années, lorsque le soleil brûlera le dernier hydrogène de son noyau, il passera à la fusion de coquilles concentriques d’hydrogène autour de son noyau désormais inerte. Ce processus instable fera gonfler le soleil en une géante rouge, ce qui signifie qu’il avalera Mercure, Vénus et probablement la Terre.

Mais à mesure que le soleil s’étend, son emprise gravitationnelle sur son enveloppe externe de matière devient de plus en plus ténue. Finalement, il se débarrassera de ses couches externes dans l’espace. Et une fois que ce sera fait, un astronome extraterrestre verra une magnifique nébuleuse planétaire entourant le noyau brûlé et incroyablement chaud du soleil – connu sous le nom de naine blanche.

Dans un article complémentaire également publié mercredi dans Astrophysical Journal Letters, Schreiber et Gänsicke explorent ce scénario, détaillant comment le futur soleil naine blanche devrait, comme WDJ0914+1914, évaporer les planètes géantes de notre système solaire.

“En un sens,” a déclaré Schreiber, “WDJ0914+1914 nous donne un aperçu de l’avenir très lointain de notre propre système solaire.”