Tout est une question de densité, et non seulement de température comme on le pensait jusqu’à présent : les restes d’anciens planètes créent des naines blanches aux couleurs jusqu’alors jamais vues.
Pendant des décennies, nous avons pensé que la couleur d’une étoile dépendait uniquement de sa température. Une étude de l’Université de Warwick démontre que, pour les restes stellaires les plus denses de la Galaxie, ce n’est pas toujours le cas : parmi eux se trouvent des astres roses, jaunes, violets, bleutés et, pour la première fois, un véritable vert.
Si l’on demande à un astronome de quelle couleur sont les étoiles, la réponse est presque toujours une question de thermomètre. Les plus froides tendent vers l’orange, celles comme le Soleil vers le blanc, les plus chaudes vers un bleu pâle : la même progression du fer dans une forge, qui passe du rouge à l’orange jusqu’au blanc incandescent. On pensait que les naines blanches, les restes compacts que des étoiles comme le Soleil laissent à la fin de leur vie, respectaient cette règle…
Orange, blanc et bleu sont les seules teintes possibles dans le ciel nocturne ?
Non, répond une étude dirigée par Mark Hollands, Warwick Prize Fellow du groupe d’Astronomie et d’Astrophysique de l’université britannique, publiée dans RAS Techniques and Instruments. Si nous pouvions nous en approcher, certaines naines blanches nous apparaîtraient vertes, roses, cyan, jaunes ou violettes.
« La majorité des étoiles, naines blanches comprises, se comporte comme un radiateur parfait et sa couleur est déterminée presque uniquement par la température », explique Hollands. « Personne n’avait toutefois vraiment exploré d’autres causes possibles. Ces étoiles extrêmement denses, au contraire, produisent des couleurs inattendues et certaines m’ont surpris ».
Le secret, c’est la densité
Ce qui brise la règle, c’est l’extrême densité. Dans les atmosphères des naines blanches les plus froides, la matière peut atteindre environ un gramme par centimètre cube, soit comme l’eau et des millions de fois plus que la photosphère solaire.
Dans ces conditions, les éléments traces présents, tels que le carbone, le calcium et le sodium, interagissent avec le plasma d’hélium dense et absorbent la lumière sur un éventail de longueurs d’onde bien plus large que d’habitude. Le résultat est que la couleur s’écarte de celle attendue.
Comment voit-on une étoile qu’on ne peut pas voir
Aucune naine blanche n’est assez proche pour nous permettre d’observer sa couleur à l’œil nu, aussi les chercheurs l’ont reconstruita. Ils sont partis des spectres, les « empreintes digitales » de la lumière stellaire décomposée par longueur d’onde, comme un prisme fait avec la lumière du Soleil. Puis ils les ont fait passer à travers un modèle de la vision humaine des couleurs, obtenant la teinte perçue par un œil humain.
En somme, un spectre révèle non seulement la température et la composition chimique, mais aussi la couleur véritable.
Une palette avec des règles précises
Appliquée aux naines blanches du ciel, la méthode a révélé des groupes bien distincts, chacun lié à la composition de l’atmosphère. Ainsi les naines riches en carbone tendent vers le rose ou le violet ; celles chargées de débris d’astéroïdes et de comètes, restes d’anciens systèmes planétaires, virent au jaune ; les plus froides, avec des atmosphères mixtes d’hydrogène et d’hélium, adoptent des tons cyan ou bleu pâle, à cause des collisions entre molécules d’hydrogène et atomes d’hélium dans des atmosphères ultradenses.
La première étoile verte de la Galaxie
Le cas le plus marquant est WD J1330+6435, environ 4.000 degrés Celsius, qui a englouti des matériaux rocheux de son système planétaire. Son atmosphère s’est ainsi enrichie en calcium, lithium et sodium, et dans les modèles de l’équipe elle apparaît d’un vert chartreuse. À ce que savent les auteurs, aucune autre étoile, vivante ou morte, n’a jamais été décrite de manière crédible comme verte : elle serait donc la première étoile verte connue dans la Galaxie.
« Le sodium absorbe la partie orange du spectre et laisse une lueur verte spectrale », raconte Hollands. « Imaginez être sur une planète et regarder une étoile verte : cela ressemble à une scène de science-fiction ». Cette naine blanche était déjà connue des astronomes. Elle se situe à environ 87 parsecs, soit un peu plus de 280 années-lumière, bien plus loin que les autres naines blanches du même échantillon, toutes situées à moins de 40 parsecs du Soleil.
Quant au lithium, selon une hypothèse, il témoigne d’une croûte continentale particulièrement riche en lithium, probablement formée sur des planètes semblables à la Terre qui orbitaient autour des étoiles mères. Reste néanmoins ouverte la question de l’origine exacte de ce matériau : pour la déterminer, des mesures d’abondance plus rigoureuses seront nécessaires.
À l’extrémité opposée : l’étoile la plus rouge
Sur le bord rouge, l’équipe a identifié celle qui pourrait être l’étoile la plus rouge jamais enregistrée : WD J1011+2845, à seulement 48 années-lumière de la Terre. Une zone convective profonde a porté le carbone du noyau à la surface et les molécules qui se forment déforment la lumière de façon si intense que presque toute se concentre au-delà des 600 nanomètres. L’effet est une teinte rose saumon vif, différente de toute étoile ordinaire.
Mais la moyenne reste blanche
Pour comprendre à quel point cette variété est commune, les chercheurs ont étudié un échantillon représentatif : les 151 naines blanches situées à moins de 20 parsecs (environ 65 années-lumière).
Cinq présentaient une couleur insolite : deux jaunes et trois roses. De là l’estimation d’environ une naine blanche sur trente affichant une lumière hors norme. Sur les autres 146, l’équipe a mesuré la température de couleur, la même grandeur que celle utilisée pour décrire les ampoules (3000 K pour le « blanc chaud », 6000 K pour le « blanc froid »). La valeur médiane est d’environ 6 800 kelvins : pour nous, blanc.
Le résultat contredit une idée reçue en astronomie, celle des naines blanches typiquement bleues. Ce sont les plus chaudes et les plus bleues qui semblent surreprésentées, car, étant plus lumineuses, elles se voient de plus loin et dominent les enquêtes basées uniquement sur la luminosité. « Une sur trente peut sembler peu », remarque Boris Gänsicke, du Département de Physique de Warwick, « mais sur l’ensemble de la population des naines blanches de l’Univers, c’est tout de même un grand nombre d’étoiles aux couleurs insolites. Si toutefois nous prenons la médiane d’un échantillon représentatif, la naine blanche moyenne est, précisément, blanche ».
