Cette illustration montre un système de nova naine récemment découvert, dans lequel une étoile naine blanche arrache de la matière à un compagnon nain brun. La matière s’accumule dans un disque d’accrétion jusqu’à ce qu’elle atteigne un point de basculement, ce qui provoque une augmentation soudaine de sa luminosité. En utilisant les données d’archives de Kepler, une équipe a observé une intensification progressive, inédite et inexpliquée, suivie d’une super explosion au cours de laquelle le système s’est éclairci d’un facteur de 1600, en moins d’une journée. (Image : NASA et L. Hustak (STScI))
Le vaisseau spatial Kepler de la NASA a été conçu pour détecter des exoplanètes en recherchant des étoiles qui s’obscurcissent au fur et à mesure qu’une planète traverse le firmament de l’étoile. Par chance, ce concept le rend idéal pour repérer d’autres phénomènes astronomiques transitoires, c'est-à-dire des objets qui s’éclairent ou s’assombrissent avec le temps. Une nouvelle recherche dans les archives de Kepler a permis de découvrir une super explosion inhabituelle d’une nova naine jusqu’alors inconnue. Le système s’est éclairci d’un facteur de 1 600 en moins d’une journée avant de s’éteindre et de lentement disparaître.
Le système stellaire en question est constitué d’une étoile naine blanche avec un compagnon stellaire naine brune environ un dixième aussi massif que la naine blanche. Une naine blanche est le noyau restant d’une étoile vieillissante semblable au Soleil et contient à peu près la même quantité de matière qu’un Soleil dans un globe de la taille de la Terre. Une naine brune est un objet dont la masse est comprise entre 10 et 80 fois celle de Jupiter, trop petit pour subir une fusion nucléaire.
La naine brune fait le tour de l’étoile naine blanche toutes les 83 minutes à une distance de seulement 400 000 km, soit à peu près la distance entre la Terre et la Lune. Elles sont si proches que la forte gravité de la naine blanche enlève de la matière à la naine brune, aspirant son essence comme un vampire. La matière arrachée forme un disque en spirale vers la naine blanche (connu sous le nom de disque d’accrétion).
Le hasard a voulu que Kepler regarde dans la bonne direction lorsque ce système a subi un super-éclat, s’éclaircissant de plus de 1 000 fois. En fait, Kepler était le seul instrument qui aurait pu en être témoin, car le système était alors trop proche du Soleil du point de vue de la Terre. La cadence rapide des observations de Kepler, qui prenait des données toutes les 30 minutes, était cruciale pour saisir chaque détail de l’explosion.
L’événement est resté caché dans les archives de Kepler jusqu’à ce qu’il soit identifié par une équipe dirigée par Ryan Ridden-Harper de l’Institut scientifique du télescope spatial (STScI), à Baltimore, dans le Maryland, et de l’Université nationale australienne, à Canberra, en Australie. Ridden-Harper a déclaré : « Dans un sens, nous avons découvert ce système accidentellement. Nous ne cherchions pas spécifiquement un super-éclatement. Nous cherchions n’importe quelle sorte de phénomène transitoire ».
Kepler a saisi l’événement dans son intégralité, observant une lente montée de la luminosité suivie d’une intensification rapide. Si les théories prédisent une augmentation soudaine de la luminosité, la cause de ce lent démarrage reste un mystère. Les théories standard de la physique des disques d’accrétion ne prédisent pas ce phénomène, qui a été observé par la suite dans deux autres super-éclatements de nova naine. M. Ridden-Harper a déclaré : « Ces systèmes de nova naine ont été étudiés pendant des décennies, donc repérer quelque chose de nouveau est assez délicat. Nous voyons des disques d’accrétion partout – des étoiles nouvellement formées aux trous noirs supermassifs – il est donc important de les comprendre ».
Les théories suggèrent qu’une super explosion est déclenchée lorsque le disque d’accrétion atteint un point de basculement. Au fur et à mesure qu’il accumule de la matière, sa taille augmente jusqu’à ce que le contour extérieur entre en résonance gravitationnelle avec la naine brune en orbite. Cela pourrait déclencher une instabilité thermique, entraînant une surchauffe du disque. En effet, les observations montrent que la température du disque passe d’environ 2 700 à 5 300 °C (5 000 à 10 000 °F) à l’état normal à un maximum de 9 700 à 11 700 °C (17 000 à 21 000 °F) au plus fort de la super-explosion.
Ce type de système de nova naine est relativement rare, avec seulement une centaine de systèmes connus. Un système individuel peut passer des années ou des décennies entre deux explosions, ce qui fait qu’il est difficile d’en saisir un en pleine action. Le co-auteur, Armin Rest, du STScI, a déclaré : « La découverte de cet élément fait naître l’espoir de détecter encore plus d’événements rares cachés dans les données de Kepler. »
L’équipe prévoit de continuer à exploiter les données de Kepler, ainsi que celles d’un autre chasseur d’exoplanètes, la mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), à la recherche d’autres voyageurs de passage. Peter Garnavich, de l’Université de Notre Dame dans l’Indiana, a déclaré : « Les observations continues par Kepler/K2, et maintenant TESS, de ces systèmes stellaires dynamiques nous permettent d’étudier les premières heures de l’explosion, un domaine temporel qui est presque impossible à atteindre depuis les observatoires au sol ».
Cet ouvrage a été publié dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
