Des naines blanches qui fuient leur lieu de naissance...

En étudiant l'amas globulaire NGC 6397, les astrophysiciensastrophysiciens sont tombés sur un curieux problème. Certaines des étoiles les plus massives ne se trouvaient pas au cœur mais à la périphérie de l'amas. Or, on sait qu'avec le temps, les étoiles se « sédimentent » dans ces très vieilles concentrations d'étoiles. Ils proposent une explication...

Harvey Richer, de l'University of British ColumbiaColumbia à Vancouver, n'en a pas cru ses yeuxyeux quand, avec l'aide des ses collègues, il a examiné les résultats d'une analyse de la localisation de naines blanches, en fonction de leurs âges et de leurs masses, dans un amas globulaire à l'aide du télescopetélescope HubbleHubble.

Un phénomène que certains suspectaient depuis quelque temps à propos des naines blanches semblait bel est bien être démontré par l'étude d'un échantillon de ces étoiles, dans l'amas globulaire NGC 6397 situé à 8.500 années-lumièreannées-lumière de notre système solairesystème solaire. Il fait partie des 150 amas globulaires, comportant jusqu'à 1 million d'étoiles, en orbiteorbite autour de notre GalaxieGalaxie et âgés de plus de 10 milliards d'années.

Pour bien comprendre de quoi il s'agit, il faut savoir que l'on observe souvent des pulsarspulsars qui dérivent dans la Galaxie, avec une vitessevitesse qui n'est pas interprétable comme le seul effet de leur orbite dans la Voie LactéeVoie Lactée. On pense généralement que, comme les calculs l'indiquent, lorsqu'une supernovasupernova se forme dans un système binairesystème binaire, et qu'il en résulte une étoile à neutronsétoile à neutrons, la brusque perte de masse de l'étoile peut provoquer son expulsion du système binaire.

Les chercheurs se sont donc lancés à la recherche de vitesses de dérive anormales, mais chez les naines blanches. Un bon moyen pour observer le phénomène, quelle que soit son explication théorique en fait, est d'étudier les naines blanches dans les amas globulaires.

L'équipe a utilisé Hubble pour observer la localisation de 22 jeunes naines blanches âgées de moins de 800 millions d'années et 62 autres plus vieilles dont les âges sont compris entre 1,4 et 3,5 milliards d'années. Pourquoi un tel choix ?

Des étoiles qui ne jouent pas le jeu

Depuis les travaux de pionniers en dynamique stellaire de Jeans, Eddington et Chandrasekhar, on sait que les amas globulaires peuvent être considérés comme un gazgaz d'étoiles piégées dans un puit de potentiel généré par l'attraction gravitationnelle de l'ensemble de ces étoile, et qui a une forme sphérique tout comme une étoile ou une planète.

On peut comparer ce gaz à l'atmosphèreatmosphère terrestre : plus on s'éloigne du centre, plus il se raréfie. A l'inverse, sa densité augmente en progressant vers l'intérieur et, tout comme les particules les plus grosses se sédimentent les premières dans un liquideliquide, les étoiles les plus massives, naissant dans les nuagesnuages moléculaires internes des amas, tombent vers son centre.

La distribution radiale des étoiles observées montre bien tous ces phénomènes... sauf avec une partie des naines blanches !

Les plus jeunes, et plus massives que d'autres étoiles, sont situées plutôt dans les « couches supérieures » de l'amas NGC 6397. Ce qui semble être un échec de la théorie cinétique des gaz, et même un paradoxe, ne l'est pas si l'on considère que les naines blanches, à leur naissance, peuvent subir des effets analogues à ceux des étoiles à neutrons.

Un scénario probable

Le scénario proposé par les chercheurs, et basé sur des simulations numériquessimulations numériques est le suivant.

Lorsqu'elles quittent  la séquence principaleséquence principale pour devenir des naines blanches, les étoiles perdent de la masse. Toutefois, elles vont rester encore un temps distribuées dans l'amas globulaire en fonction de la masse de l'étoile progénitrice, puis elles vont finir par rejoindre la localisation dans l'amas, à une certaine distance du cœur, qui correspond le mieux à leur masse dans un gaz en équilibre dans un potentiel sphérique.

Malgré tout, en fonction de leur masse, les étoiles jeunes sont distribuées plus loin du centre que l'on pourrait le croire de prime abord. L'explication la plus probable et la plus compatible avec les observations et les simulations, est que le processus de perte de masse pour les étoiles en fin de vie, se fait sous la forme de jets de matièrematière asymétriquesasymétriques au niveau de la quantité de mouvementquantité de mouvement. Il en résulte que l'étoile s'auto-propulse et a donc tendance à quitter l'amas. Si cette asymétrie est importante pour les étoiles progénitrices des naines blanches, alors il n'est pas étonnant de les trouver majoritairement à grande distance du centre de l'amas avant qu'elles ne retombent vers les couches internes en vieillissant.

Quel que soit le mécanisme exact, il semble sûr que les jeunes naines blanches reçoivent une impulsion à leur naissance qui a tendance à leur faire quitter l'amas globulaire...