Résoudre le casse-tête de la pollution métallique stellaire | Dmshaulers

Résoudre le casse-tête de la pollution métallique stellaire

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Les planétésimaux gravitent autour d’une naine blanche. Pour commencer, chaque planétésimal a une orbite circulaire et prograde. Le coup de pied forme un disque de débris excentrique, comme pour les orbites prograde (bleu) et rétrograde (orange). Crédit : Steven Burrows/Madigan Group/JILA

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Les planétésimaux gravitent autour d’une naine blanche. Pour commencer, chaque planétésimal a une orbite circulaire et prograde. Le coup de pied forme un disque de débris excentrique, comme pour les orbites prograde (bleu) et rétrograde (orange). Crédit : Steven Burrows/Madigan Group/JILA

Les étoiles mortes, appelées naines blanches, ont une masse semblable à celle du Soleil, tout en étant de taille similaire à celle de la Terre. Elles sont courantes dans notre galaxie, puisque 97 % des étoiles sont des naines blanches. Lorsque les étoiles atteignent la fin de leur vie, leurs noyaux s’effondrent pour former la boule dense d’une naine blanche, faisant ressembler notre galaxie à un cimetière éthéré.

Malgré leur prévalence, la composition chimique de ces restes stellaires laisse les astronomes perplexes depuis des années. La présence d’éléments de métaux lourds – tels que le silicium, le magnésium et le calcium – à la surface de bon nombre de ces objets compacts est une découverte déroutante qui défie nos attentes en matière de comportement stellaire.

“Nous savons que si ces métaux lourds sont présents à la surface de la naine blanche, celle-ci est suffisamment dense pour que ces métaux lourds devraient très rapidement couler vers le noyau”, explique Tatsuya Akiba, étudiant au JILA. “Vous ne devriez donc pas voir de métaux à la surface d’une naine blanche à moins que la naine blanche ne mange activement quelque chose.”

Même si les naines blanches peuvent consommer divers objets proches, tels que des comètes ou des astéroïdes (appelés planétésimaux), les subtilités de ce processus ne sont pas encore entièrement comprises. Cependant, ce comportement pourrait être la clé pour percer le mystère de la composition métallique d’une naine blanche, conduisant potentiellement à des révélations passionnantes sur la dynamique des naines blanches.

Dans les résultats rapportés dans un nouveau papier dans Les lettres du journal astrophysique, Akiba, ainsi que Ann-Marie Madigan, boursière JILA et professeure de sciences astrophysiques et planétaires de l’Université du Colorado à Boulder, et Selah McIntyre, étudiante de premier cycle, pensent avoir trouvé une raison pour laquelle ces zombies stellaires mangent leurs planétésimaux à proximité. À l’aide de simulations informatiques, les chercheurs ont simulé la naine blanche recevant un « coup de pied natal » lors de sa formation (ce qui a été observé) provoqué par une perte de masse asymétrique, modifiant son mouvement et la dynamique de tout matériau environnant.

Dans 80 % de leurs tests, les chercheurs ont observé que les orbites des comètes et des astéroïdes situés dans une plage de 30 à 240 UA de la naine blanche (correspondant à la distance Soleil-Neptune et au-delà) étaient allongées et ajustées. . De plus, environ 40 % des planétésimaux mangés par la suite proviennent d’orbites à rotation opposée (rétrograde).

Les chercheurs ont également étendu leurs simulations pour étudier la dynamique de la naine blanche après 100 millions d’années. Ils ont découvert que les planétésimaux proches de la naine blanche avaient toujours des orbites allongées et se déplaçaient comme une seule entité cohérente, un résultat jamais vu auparavant.

“C’est quelque chose qui, à mon avis, est unique dans notre théorie : nous pouvons expliquer pourquoi les événements d’accrétion durent si longtemps”, explique Madigan. “Alors que d’autres mécanismes peuvent expliquer un événement d’accrétion original, nos simulations montrent pourquoi cela se produit encore des centaines de millions d’années plus tard.”

Ces résultats expliquent pourquoi les métaux lourds se trouvent à la surface d’une naine blanche, celle-ci consommant continuellement des objets plus petits sur son passage.

Tout est question de gravité

Étant donné que le groupe de recherche de Madigan au JILA se concentre sur la dynamique gravitationnelle, il semblait naturel d’examiner la gravité autour des naines blanches.

“Les simulations nous aident à comprendre la dynamique de divers objets astrophysiques”, explique Akiba. “Donc, dans cette simulation, nous jetons un tas d’astéroïdes et de comètes autour de la naine blanche, qui sont nettement plus gros, et voyons comment la simulation évolue et lesquels de ces astéroïdes et comètes la naine blanche mange.”

Les chercheurs espèrent étendre leurs simulations à plus grande échelle dans le cadre de futurs projets visant à étudier la manière dont les naines blanches interagissent avec des planètes plus grandes.

Comme l’explique Akiba, “D’autres études ont suggéré que les astéroïdes et les comètes, les petits corps, pourraient ne pas être la seule source de contamination métallique à la surface de la naine blanche. Les naines blanches pourraient donc manger quelque chose de plus gros, comme une planète.”

Découvrez-en davantage sur la formation du système solaire

Ces nouvelles découvertes en révèlent davantage sur la formation des naines blanches, ce qui est important pour comprendre l’évolution des systèmes solaires au fil des millions d’années. Ils contribuent également à faire la lumière sur l’origine et l’évolution future de notre système solaire et à en révéler davantage sur la chimie impliquée.

“La grande majorité des planètes de l’univers finiront par tourner autour d’une naine blanche”, explique Madigan. “Il se pourrait que 50 % de ces systèmes soient mangés par leur étoile, y compris notre propre système solaire. Nous disposons désormais d’un mécanisme pour expliquer pourquoi cela se produirait.”

“Les planétsimaux peuvent nous donner un aperçu d’autres systèmes solaires et compositions planétaires au-delà de l’endroit où nous vivons dans notre région solaire”, ajoute McIntyre. “Les naines blanches ne sont pas seulement une lentille vers le passé. Elles sont aussi une sorte de lentille vers le futur.”

Plus d’information:
Tatsuya Akiba et al., Perturbation des marées des planétésimaux à partir d’un disque de débris excentrique après un coup de pied de naissance d’une naine blanche, Les lettres du journal astrophysique (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad394c

Informations sur la revue :
Lettres de journaux astrophysiques


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