En 1999, le télescope spatial Hubble observe une petite étoile morte, la naine blanche HS 0209+0832. Son spectre, la décomposition de sa lumière, contient alors une centaine de raies que personne ne parvient à identifier. Le dossier reste en suspens pendant plus d’un quart de siècle. Une équipe de l’université de Warwick, au Royaume-Uni, vient de le rouvrir, et la solution qu’elle propose est spectaculaire : l’étoile serait en train d’avaler l’atmosphère d’une planète née de ses propres débris. Les résultats ont été publiés le 5 octobre dans la revue Nature Astronomy.
Un cold case rouvert grâce au niobium
Chaque élément chimique absorbe la lumière à des longueurs d’onde précises, comme une empreinte digitale. Encore faut-il disposer du bon fichier pour comparer. En reprenant les archives de Hubble avec une base de données chimiques actualisée, le doctorant Jamie Williams a découvert qu’une grande partie des raies mystérieuses correspondaient à un élément inattendu : le niobium.
C’est la première fois que ce métal rare est détecté dans une naine blanche. « J’étais vraiment sidéré, car cet élément n’avait été signalé dans aucune autre naine blanche analysée jusqu’ici », raconte Boris Gänsicke, coauteur de l’étude. L’équipe a confirmé la détection grâce aux données d’un autre télescope spatial aujourd’hui retiré, FUSE.
Le niobium n’est pas seul. L’atmosphère de l’étoile contient aussi du zinc et du cuivre, alors que le silicium et le fer, qui forment les roches, y sont rares. Et le niobium y est, en proportion, plus de mille fois plus abondant que dans le Soleil.
La signature d’une étoile mourante
Pour comprendre pourquoi cette composition intrigue, il faut savoir comment naissent les éléments plus lourds que le fer. Une partie d’entre eux se fabrique lentement au cœur des étoiles en fin de vie, lorsqu’elles gonflent en géantes rouges : les astronomes parlent de processus s, pour slow (« lent »). Le niobium en est un produit typique.
Les débris qui tombent habituellement sur les naines blanches proviennent d’astéroïdes ou de planètes formés en même temps que l’étoile. Ils sont dominés par les éléments des roches, et non par ce cocktail de métaux lourds. « C’est une signature chimique qu’aucune planète ordinaire, “de première génération”, ne devrait porter », résume Nicholas Stone, de l’université du Wisconsin à Madison.
Le scénario : une planète de deuxième génération
L’hypothèse de l’équipe est la suivante. En mourant, l’étoile a expulsé ses couches externes, enrichies en éléments fabriqués dans ses entrailles. Une partie de cette matière serait restée en orbite et se serait agglomérée en une nouvelle planète, une géante gazeuse de la taille de Jupiter. Selon les chercheurs, une étoile compagne aurait probablement aidé à retenir cette matière, ce qui expliquerait la rareté de ces systèmes.
Cette planète tournerait aujourd’hui à environ 6 millions de kilomètres de la naine blanche, près de dix fois plus près que Mercure ne l’est du Soleil. Chauffée par son étoile, très chaude (près de 36 000 degrés en surface), elle perdrait son atmosphère, qui viendrait s’écraser sur la naine blanche. C’est cette pluie de matière qu’aurait enregistrée Hubble.
« C’est un peu comme trouver une planète renaissant des cendres de l’étoile même autour de laquelle elle tournait », s’amuse Jamie Williams.
Un indice de plus avec TESS
Pour tester leur idée, les chercheurs ont observé l’étoile pendant quatre mois avec le satellite TESS de la NASA, spécialisé dans la chasse aux exoplanètes. Ils y ont décelé une très faible variation d’éclat, d’environ 0,1 %, qui revient toutes les 4,4 jours. Ce signal pourrait correspondre à la rotation d’une planète dont une face est toujours tournée vers l’étoile, ou à une queue de gaz semblable à celle d’une comète.
Il faut toutefois rester prudent : la planète n’a pas été observée directement. Sa présence est déduite de la chimie de l’étoile et de ce signal lumineux. C’est pourquoi les auteurs parlent de planète candidate.
Pourquoi c’est important
Si elle est confirmée, cette découverte montrerait qu’une étoile morte peut donner naissance à de nouvelles planètes. Ce n’est pas une idée totalement neuve : les premières exoplanètes jamais découvertes, en 1992, tournent autour d’un pulsar, le cadavre d’une étoile explosée, et beaucoup d’astronomes pensent qu’elles se sont formées après cette explosion. Mais aucune planète de deuxième génération n’avait jamais été trahie par une signature chimique aussi nette.
Le système est aussi très jeune à l’échelle cosmique : la naine blanche ne se serait formée qu’il y a environ 5 millions d’années. L’équipe pense que la planète devrait survivre. Prochaine étape : de nouvelles observations pour confirmer qu’elle existe bel et bien.