25 secondes. Il n’en faut pas plus à cette étonnante naine blanche pour faire un tour complet sur elle-même. Un record ! Le tout grâce à une compagne plus grosse qu’elle et à un mécanisme étrange qualifié d’« hélice magnétique ».
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Une naine blanche, c'est une étoile qui a brûlé tout son carburant. Après avoir perdu ses couches externes, elle continue de rétrécir et de refroidir pendant des millions d'années. Et J0240+1952 est l'une d'entre elles. De la taille de notre Terre environ, mais 200.000 fois plus massive. Mais ce qui la rend vraiment particulière, c'est son incroyable vitesse de rotationvitesse de rotation. Alors que notre planète tourne sur elle-même en 24 heures, cette étoile naine blanche le fait en seulement... 25 secondes !
Les chercheurs de l’université de Warwick (Royaume-Uni) expliquent cette vitesse extrême par la présence, à proximité de J0240+1952, d'une autre étoile. La naine blanche, en effet, aspire de la matière de sa compagne. Un plasma qui tombe à grande vitesse sur son équateuréquateur et lui fournit la formidable énergie qui alimente sa rotation.
Des « hélices magnétiques » plein le ciel ?
C'est d'ailleurs ce plasma qui a permis aux astronomesastronomes de mesurer la vitesse de rotation de J0240+1952. À un moment dans son histoire, l'étoile a développé un fort champ magnétique. Résultat, une grande partie du plasma aspiré est en fait propulsé vers l'espace à quelque 3.000 km/s. Le reste s'écoule vers les pôles magnétiques de la naine blanche. Formant des points brillants et provoquant des pulsations identifiables dans la lumièrelumière qui nous parvient. À condition de recourir aux plus sensibles de nos instruments.
En quelque 70 ans d'observations, c'est seulement la deuxième fois que les chercheurs notent ce phénomène dit d'« hélice magnétique ». Mais la première fois qu'ils peuvent réellement confirmer la grande vitesse de rotation de la naine blanche. « Sur la base de notre première observation, nous avions construit un modèle. Il prévoyait que la naine blanche devait tourner très rapidement. Cette deuxième observation le confirme », s'enthousiasme Tom Marsh, physicienphysicien, dans un communiqué. De quoi envisager désormais ce mécanisme d'« hélice magnétique » comme une propriété générique des systèmes binairessystèmes binaires à naine blanche réunissant certaines conditions.
Découverte des trois naines brunes à la rotation la plus rapide jamais mesurée
En utilisant le télescope spatial Spitzer, des scientifiques ont identifié les trois naines brunesnaines brunes qui tournent le plus vite sur elles-mêmes. Ayant presque exactement la même vitesse de rotation (environ une rotation par heure), elles pourraient être le signe d'une limite de vitesse de rotation au-delà de laquelle une naine brune pourrait se désintégrer.
Article Adrien CoffinetAdrien Coffinet paru le 17/04/2021
Les naines brunes sont des objets de masse intermédiaire entre les planètes et les étoiles. Trois de ces objets, découverts en 2001 par le relevé 2MASS, s'avèrent être les naines brunes à la rotation la plus rapide connue à ce jour.
Ces trois objets tournent sur eux-mêmes en à peine plus d'une heure. À titre de comparaison, les naines brunes les plus rapides connues jusqu'alors tournent en environ 1,4 heure et JupiterJupiter en 9,9 heures. Ce faisant, l'équateur du plus grand membre du trio tourne à plus de 360.000 km/h, contre 1.670 km/h pour l'équateur terrestre et 45.300 km/h pour celui de Jupiter.
Une probable vitesse limite de rotation
À l'aide de données du télescope spatial Spitzer et des télescopes au sol Gemini North et Magellan, Megan E. Tannock et ses collègues ont mesuré la période de rotationpériode de rotation d'environ 80 naines brunes, et elle varie de moins de deux heures à plusieurs dizaines d'heures. Avec une telle diversité, les auteurs de cette nouvelle étude furent surpris que les trois naines brunes les plus rapides aient presque exactement la même vitesse de rotation. Cette similitude ne peut pas être attribuée au fait que les naines brunes se seraient formées ensemble ou seraient au même stade de leur développement car elles sont physiquement différentes : une est chaude, une autre est froide et la dernière est entre les deux. Puisque les naines brunes se refroidissent en vieillissant, les différences de température suggèrent que ces naines brunes ont des âges différents.
Comparaison de l'aplatissement et de la rotation de 2MASS J0348-6022, la naine brune à la rotation la plus rapide connue, avec ceux de Jupiter et Saturne. © Nasa/JPL-Caltech
Pour les auteurs, ce n'est pas une coïncidence : ces objets auraient atteint une limite de vitesse de rotation au-delà de laquelle une naine brune pourrait se désintégrer. Tous les objets en rotation génèrent une force centripèteforce centripète, qui augmente avec la vitesse de rotation, ce qui peut « déchirer » l'objet. Avant qu'un objet en rotation ne se brise, il va généralement se déformer, avec un diamètre équatorial plus grand que son diamètre polaire. Tout comme Saturne, qui tourne en une dizaine d'heures comme Jupiter, ces naines brunes sont donc probablement un peu aplaties.
Une limite infranchissable ?
Étant donné que les naines brunes ont tendance à accélérer avec l'âge, ces objets dépassent-ils régulièrement leur limite de vitesse de rotation et sont-ils « déchirés » ? Dans d'autres objets célestes en rotation, comme les étoiles, il existe des mécanismes de freinage naturels qui les empêchent de se détruire. Il n'est pas clair si des mécanismes similaires existent chez les naines brunes.
« Ce serait assez spectaculaire de trouver une naine brune tournant si vite qu'elle éjecte son atmosphèreatmosphère dans l'espace, a déclaré Megan Tannock, actuellement en doctorat à The University of Western Ontario. Mais pour l'instant, nous n'en avons pas trouvé. Je pense que cela doit signifier que quelque chose ralentit les naines brunes avant qu'elles n'atteignent cet extrême ou qu'elles ne peuvent pas aller aussi vite en premier lieu. Le résultat de notre article soutient une sorte de limite sur le taux de rotation, mais nous sommes pas encore sûr de la raison. ».
Pour déterminer la période de rotation de 2MASS J0348-6022, les scientifiques ont utilisé la variation de sa luminosité au cours du temps telle que mesurée par Spitzer. Ils ont aussi comparé le spectre de la naine brune à celui attendu selon sa vitesse de rotation pour confirmer leur résultat. Cette rotation rapide conduit au léger aplatissement de la naine brune, de façon similaire pour Jupiter et Saturne. © Nasa, JPL-Caltech
La vitesse de rotation maximale d'un objet est déterminée non seulement par sa massemasse totale, mais aussi par la façon dont cette masse est distribuée. Il est donc important de comprendre la structure interne des naines brunes qui, comme Jupiter et SaturneSaturne sont principalement composées d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium. Aux pressions dans le cœur des naines brunes, l'hydrogène se comporterait comme un métal plutôt qu'un gazgaz inerte. Cela change la façon dont la chaleurchaleur est conduite à l'intérieur et, avec des vitesses de rotation très rapides, cela pourrait également affecter la répartition de la masse à l'intérieur.
Selon les modèles actuels, la vitesse de rotation maximale des naines brunes devrait être supérieure à la période de rotation d'une heure décrite dans la nouvelle étude d'environ 50 à 80 %. « Il est possible que ces théories n'aient pas encore une vue d'ensemble complète », a déclaré Stanimir Metchev, coauteur de l'article et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les planètes extrasolairesplanètes extrasolaires à l'Institut d'exploration de la Terre et de l'espace à l'Université Western. « Certains facteurs non pris en compte pourraient entrer en jeu, qui ne permettraient pas à la naine brune de tourner plus vite. » Des observations et travaux théoriques supplémentaires pourraient révéler s'il y a un mécanisme de freinage qui empêche les naines brunes de s'autodétruire et s'il y a des naines brunes qui tournent encore plus vite.
