Une équipe de chercheurs du Département de physique de l’Université britannique de Warwick a, pour la première fois, obtenu la preuve directe d’une « étoile cristallisée », c’est-à-dire qu’elle est passée de l’état gazeux ou liquide au solide. Dans un article publié cette semaine dans Nature, Pier-Emmanuel Tremblay et son équipe affirment que leur découverte n’est pas un cas unique ou isolé, mais que le ciel doit littéralement être rempli d’étoiles semblables.
Qu’est ce qu’une étoile de Cristal ?
De nombreuses observations antérieures avaient déjà révélé qu’un type particulier de « corps stellaires », les nains blancs, ont des noyaux très riches en oxygène et en carbone, en raison d’une transition de phase très similaire à celle de l’eau se transformant en glace, mais à des températures bien supérieures.
Une naine blanche est ce qui reste d’une étoile semblable au Soleil lorsqu’elle a épuisé tout son combustible nucléaire. On estime que plus de 95 % des étoiles connues, y compris notre Soleil, passeront par cette phase d’évolution stellaire. Les naines blanches sont parmi les objets stellaires les plus anciens de l’Univers et sont incroyablement utiles aux astronomes, car leur cycle de vie prévisible leur permet d’être utilisées comme d’authentiques « horloges cosmiques » pour estimer avec une grande précision l’âge des groupes d’étoiles voisins.
Un nain blanc est donc le noyau dense survivant d’une étoile rouge géante (une autre des phases par lesquelles passent les étoiles comme le Soleil) après sa mort, une sorte de « braise stellaire » qui se refroidit progressivement sur des milliards d’années.
Des étoiles qui arrêtent votre vieillissement
Pour leurs travaux, les chercheurs ont sélectionné 15 000 candidats pour être des nains blancs à des distances pouvant atteindre 300 années-lumière de la Terre. La sélection a été effectuée à partir des données et des observations du satellite européen Gaia et à partir des étoiles choisies, toutes les données de couleur et de luminosité disponibles ont été analysées.
Ainsi, Tremblay et son équipe se sont rendu compte qu’il y avait une accumulation excessive d’étoiles aux couleurs et à la luminosité spécifiques qui ne correspondaient pas à une masse ou à un âge en comparaison des modèles d’étoiles évolutifs. Cela signifiait que ces étoiles avaient trouvé un moyen de ralentir leur processus de refroidissement et, par conséquent, leur vieillissement. Les scientifiques ont estimé que, dans certains des cas étudiés, les étoiles avaient ralenti leur vieillissement de 2 milliards d’années, soit 15% de l’âge de notre galaxie.
Selon Tremblay, » c’est la première preuve directe que les naines blanches se cristallisent, passant de l’état gazeux ou liquide à l’état solide. Il y a cinquante ans, on avait prédit que l’on pourrait observer une augmentation du nombre de naines blanches dans certaines valeurs de luminosité et de couleur en raison de la cristallisation. Mais ce n’est que maintenant que nous avons pu l’observer.
Des milliards de sphères de cristal dans le ciel
Toutes les naines blanches, poursuit le chercheur, se cristalliseront à un moment donné de leur évolution, bien que les naines blanches les plus massives passent par ce processus en premier. Cela signifie que des milliards de naines blanches dans notre galaxie ont déjà terminé le processus et sont essentiellement des sphères de cristal dans le ciel. Le Soleil lui-même deviendra une naine blanche cristalline dans environ 10 milliards d’années.
La cristallisation est le processus par lequel un gaz ou un liquide devient solide, ses atomes formant une structure ordonnée. Sous les pressions extrêmes qui se produisent dans le noyau des naines blanches, les atomes sont « empaquetés » avec une densité telle que leurs électrons deviennent libres, formant une sorte de « gaz électronique » régi par la physique quantique, et une série de noyaux chargés positivement sous forme de fluide. Lorsque le noyau refroidit à environ 10 millions de degrés, suffisamment d’énergie a déjà été libérée pour que le fluide commence à se solidifier, formant un noyau métallique dans votre cœur avec un manteau de carbone cristallisé.
Pour expliquer les observations, explique M. Tremblay, nous avons des preuves non seulement du dégagement de chaleur à mesure qu’elle se solidifie, mais aussi d’une quantité d’énergie considérablement plus grande. Nous croyons que c’est parce que l’oxygène se cristallise d’abord et s’enfonce ensuite dans le noyau de l’étoile, dans un processus semblable à la sédimentation dans le lit d’une rivière sur Terre. Cela poussera le carbone vers le haut, et cette séparation libérera de l’énergie gravitationnelle.
Nous avons fait un grand pas en avant pour obtenir des âges précis pour ces naines blanches plus fraîches, conclut l’astronome, et donc aussi pour les étoiles plus anciennes de la Voie lactée. Une grande partie du mérite de cette découverte est due aux observations de Gaia. Grâce aux mesures précises dont il est capable, nous avons réussi à comprendre l’intérieur des énènes blanches d’une manière inattendue. Avant Gaia, nous avions entre 100 et 200 naines blanches avec des distances et des luminosités précises, et maintenant nous en avons 200 000. Et ce genre d’expériences, avec de la matière ultra-dense, est quelque chose qui ne peut tout simplement pas se faire sur Terre.
