Hubble mesure pour la première fois la masse d'une étoile isolée autre que le Soleil

Dans cinq à six milliards d'années, le Soleil aura épuisé ses réserves d'hydrogène et entamera une mutation qui le verra passer par une phase de géante rouge, il aura alors plus de 100 fois sa taille actuelle. S'ensuivront de profonds bouleversements de son enveloppe externe dont une grande partie sera expulsée via un vent stellaire très fort. Des conditions qui seront peu favorables à la survie sur la Terre. Le produit final de son évolution, dans sept milliards d'années, sera une minuscule naine blanche. Une étoile de la taille de la Terre mais beaucoup plus lourde : une cuillère à café de la matière d'une naine blanche pèse environ cinq tonnes ! Environ car le poids des naines blanches n'est pas exactement connu. Un manque que s'est attelé à combler le télescope Hubble.

Une naine blanche isolée

Des tentatives ont déjà été menées pour mesurer la masse de naines blanches dans des systèmes binaires : en observant le mouvement des deux étoiles, il est possible d'estimer leurs masses en appliquant la physique newtonienne. Mais des imprécisions peuvent se glisser dans les calculs puisqu'il faut pouvoir suivre leur révolution sur une longue période, parfois trop longue pour les créneaux d'observation disponibles. Cette fois, les astronomes ont adopté une autre méthode : ils ont étudié une naine blanche solitaire qui déviait la lumière d'une étoile située en arrière-plan. Il s'agit là d'un effet de lentille gravitationnelle (voir l'image ci-dessous) et dans ce cas, c'est la physique développée par Einstein qui s'applique.

Cette illustration montre comment la gravité d'une étoile naine blanche de premier plan déforme l'espace et dévie la lumière d'une étoile lointaine derrière elle. Crédits : NASA, ESA, A. Feild.

La naine blanche sélectionnée pour cette recherche, dont les résultats sont publiés dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se nomme LAWD 37. Elle est proche du Soleil, à 15 années-lumière, et a déjà été largement étudiée par plusieurs télescopes, dont le satellite Gaia qui mesure très précisément la position de millions d'étoiles dans le ciel. Grâce à ces données, les scientifiques ont pu prédire que LAWD 37 passerait brièvement devant une étoile d'arrière-plan en novembre 2019.

56% de la masse du Soleil

Hubble a alors été mobilisé pour mesurer la très faible déviation de la lumière provoquée par la masse de la naine blanche. Une opération difficile car il faut pouvoir identifier la lueur de cette pâle étoile de l'éclat de la naine blanche 400 fois plus lumineuse. Aussi, à cette distance, la déviation est difficile à observer : cela revient, aux dires des auteurs de l'étude, à mesurer la taille d'une voiture sur la Lune depuis la Terre ! Malgré ces contraintes, ils ont pu calculer que LAWD 37 a une masse de 56% de celle du Soleil. Un résultat en accord avec les théories et ce qu'on sait de ces étoiles dégénérées.

Cette mesure va permettre de mieux comprendre la relation entre masse et rayon pour les naines blanches et interpréter les mécanismes qui se déroulent à l'intérieur. Des mesures sur une autre naine blanche, LAWD 66, sont en cours et les astronomes comptent aussi utiliser le télescope James Webb pour multiplier les données. Avec ses optiques infrarouges, la lumière de la naine blanche sera moins éblouissante tandis que celle de l'étoile d'arrière-plan paraîtra plus brillante. De quoi avoir des résultats encore plus précis.

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