Des astronomes de l’Université de Warwick ont découvert que les étoiles naines blanches peuvent afficher une surprenante variété de couleurs, notamment le vert, le rose, le violet, le jaune et le cyan. Parmi leurs découvertes se trouve la première étoile connue qui semblerait véritablement verte à l’œil humain.
Pour la plupart des étoiles, la couleur est étroitement liée à la température. Les étoiles les plus froides apparaissent en orange, les étoiles comme notre Soleil sont blanches et les étoiles les plus chaudes brillent en bleu pâle. La relation est similaire au chauffage d’un morceau de fer, qui passe du rouge à l’orange et finalement au blanc à mesure que sa température augmente.
On a longtemps cru que les naines blanches, restes extrêmement denses d’étoiles semblables à notre Soleil, suivaient ce même schéma. En fait, ils tirent leur nom du fait que les premiers exemplaires découverts étaient inhabituellement chauds et apparaissaient blancs ou bleu pâle. Cependant, les scientifiques ont découvert que ces restes stellaires peuvent produire un spectre de couleurs beaucoup plus large.
Les résultats, publiés dans RAS Techniques and Instruments (RASTI), suggèrent que certaines naines blanches seraient radicalement différentes des étoiles ordinaires si elles pouvaient être observées d’assez près.
“La plupart des étoiles, y compris la plupart des naines blanches, se comportent comme des” radiateurs parfaits “, de sorte que leur couleur est presque entièrement déterminée par la température. Mais personne n’avait vraiment étudié ce qui pourrait être possible pour les naines blanches”, a déclaré le Dr Mark Hollands, membre du Prix Warwick du groupe d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Warwick, qui a dirigé les travaux. “Il s’avère que ces étoiles incroyablement denses peuvent produire des couleurs auxquelles personne ne s’attendait, et certaines d’entre elles m’ont vraiment surpris.”
Pourquoi certaines étoiles mortes brillent dans des couleurs inattendues
L’explication réside dans l’extraordinaire densité des atmosphères des naines blanches. Dans la plus froide de ces étoiles, la matière atmosphérique peut atteindre des densités d’environ 1 gramme par centimètre cube, comparables à celles de l’eau et des millions de fois plus denses que la surface visible du Soleil, connue sous le nom de photosphère.
Dans ces conditions extrêmes, de petites quantités d’éléments tels que le carbone, le calcium et le sodium interagissent avec le plasma d’hélium environnant. Ces interactions permettent aux éléments d’absorber une gamme beaucoup plus large de longueurs d’onde lumineuses que dans des environnements moins denses.
En conséquence, la lumière qui s’échappe d’une naine blanche peut prendre des couleurs auxquelles on ne s’attendrait normalement pas en se basant uniquement sur la température. Au lieu d’apparaître orange, blanche ou bleue, certaines de ces étoiles développent des teintes totalement différentes.
Puisqu’aucune naine blanche n’est suffisamment proche pour que les astronomes puissent distinguer directement sa couleur avec l’œil humain, les chercheurs ont utilisé des mesures de la lumière des étoiles pour déterminer l’apparence de chaque étoile.
Ils ont analysé les spectres stellaires, qui sont produits en séparant la lumière en longueurs d’onde, tout comme un prisme divise la lumière du soleil en couleurs d’un arc-en-ciel. Chaque spectre agit comme une empreinte digitale distinctive, révélant des informations sur la température et la composition chimique d’une étoile.
En traitant ces mesures via un modèle de vision humaine des couleurs, l’équipe a calculé les couleurs que les gens percevraient réellement. Cette approche a démontré que les données spectrales peuvent révéler non seulement ce que contient une étoile et sa chaleur, mais également sa véritable apparence visuelle.
Les astronomes identifient la première étoile verte connue
Lorsque les chercheurs ont examiné les naines blanches dans le ciel, ils ont découvert que les étoiles pouvaient être divisées en plusieurs groupes de couleurs en fonction de la composition chimique de leur atmosphère.
Les naines blanches contenant de grandes quantités de carbone apparaissent souvent roses ou violettes. D’autres qui ont accumulé du matériel provenant d’astéroïdes et de comètes détruits, vestiges des systèmes planétaires qui les entouraient autrefois, ont tendance à paraître jaunes.
Les naines blanches plus froides avec des atmosphères contenant à la fois de l’hydrogène et de l’hélium peuvent développer une coloration cyan ou bleu pâle. Cet effet se produit lorsque des molécules d’hydrogène entrent en collision avec des atomes d’hélium sous les immenses pressions présentes dans ces étoiles.
La découverte la plus remarquable a peut-être été WD J1330+6435, une naine blanche avec une température d’environ 4 000 degrés Celsius.
Au fil du temps, cette étoile a attiré des débris rocheux de son ancien système planétaire, introduisant du calcium, du lithium et du sodium dans son atmosphère. Selon les calculs des chercheurs, ces éléments confèrent à l’étoile un aspect vert chartreuse distinctif.
À la connaissance de l’équipe, aucune autre étoile, qu’elle soit encore en fusion nucléaire ou déjà morte, n’a jamais été identifiée de manière crédible comme véritablement verte. Cela fait de WD J1330+6435 le premier exemple connu d’étoile verte dans la Voie Lactée.
Le Dr Hollands a ajouté : « Les traces de sodium dans l’atmosphère de cette naine blanche absorbent la partie orange du spectre, laissant derrière elles une lueur verte fantomatique. Imaginez-vous debout sur une planète et regardant une étoile verte. Cela ressemble à quelque chose de science-fiction.
Une étoile morte qui pourrait être la plus rouge jamais trouvée
À l’autre extrémité du spectre des couleurs, les astronomes ont identifié une autre naine blanche extraordinaire qui pourrait être l’étoile la plus rouge jamais documentée.
Connu sous le nom de WD J1011+2845, ce vestige stellaire est situé à seulement 48 années-lumière de la Terre. Il possède une zone de convection profonde qui transporte le carbone de son intérieur vers sa surface.
Une fois sur place, les molécules de carbone modifient considérablement les longueurs d’onde de la lumière s’échappant de l’étoile. Presque toute sa lumière est décalée vers des longueurs d’onde supérieures à 600 nanomètres, produisant une apparence rose saumon inhabituellement profonde.
La couleur qui en résulte ne ressemble à rien de ce qui est généralement observé dans les étoiles ordinaires et fait de WD J1011+2845 un autre exemple frappant de la façon dont la chimie inhabituelle des naines blanches peut remodeler leur apparence.
Dans quelle mesure ces étoiles aux couleurs inhabituelles sont-elles courantes ?
Pour déterminer si ces couleurs remarquables sont de rares exceptions ou font partie d’un modèle plus vaste, les chercheurs ont également examiné un échantillon représentatif de 151 naines blanches situées à moins de 20 parsecs (environ 65 années-lumière) de la Terre.
Parmi ces étoiles, cinq avaient des couleurs inhabituelles. Deux semblaient jaunes, tandis que trois étaient roses.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs estiment qu’environ une naine blanche sur 30 dans l’Univers pourrait afficher une couleur inattendue. Bien que cela représente un pourcentage relativement faible, cela suggère qu’un nombre énorme de restes stellaires aux couleurs étranges existent à travers le cosmos.
Les 146 étoiles restantes ont été examinées à l’aide d’une mesure connue sous le nom de température de couleur. Ceci décrit comment la couleur d’un objet se compare à celle d’un radiateur idéal à une température particulière. Le même concept est couramment utilisé pour caractériser l’éclairage domestique, comme les ampoules étiquetées (« blanc chaud » à 3 000 K, « blanc froid » à 6 000 K).
Les chercheurs ont découvert que la température de couleur médiane de ces naines blanches était d’environ 6 800 Kelvin, ce qui correspond à la lumière qui apparaît blanche aux yeux humains.
Cette découverte remet également en question l’impression répandue selon laquelle les naines blanches sont généralement bleues. Les naines blanches plus chaudes et plus bleues produisent plus de lumière et restent visibles sur de plus grandes distances, ce qui les rend disproportionnellement courantes dans les études astronomiques qui sélectionnent les étoiles en fonction de leur luminosité.
Lorsque les astronomes examinent plutôt une population voisine plus représentative, la naine blanche typique s’avère après tout être blanche.
Le professeur Boris Gänsicke, du département de physique de l’université de Warwick, a déclaré : « Une personne sur trente ne semble peut-être pas être une fraction énorme, mais sur l’ensemble de la population de naines blanches de l’Univers, cela représente encore beaucoup d’étoiles aux couleurs étranges. Pourtant, si nous prenons la médiane d’une population représentative de naines blanches, nous avons constaté que la naine blanche moyenne est réellement blanche. »
