UNE PLANÈTE NÉE DES CENDRES DE SON ÉTOILE

Quand une étoile comme le Soleil épuise son carburant, elle gonfle en géante, souffle ses couches externes dans l’espace et laisse derrière elle une naine blanche : un cœur dense qui refroidit lentement. Beaucoup de naines blanches montrent dans leur atmosphère des éléments lourds qui devraient couler hors de vue en quelques jours. L’explication est aujourd’hui bien établie : elles avalent les débris de corps planétaires détruits. Ces débris varient, mais dans l’ensemble ils ressemblent aux roches de notre Système solaire.

Les planètes se forment en général en même temps que leur étoile, dans le disque de gaz et de poussière qui l’entoure. Ce sont des planètes de première génération. En principe, une planète pourrait aussi se former après la mort de son étoile, à partir de la matière éjectée. Les planètes de pulsars passent généralement pour être de cette seconde génération. Aucune n’avait été identifiée autour d’une naine blanche.

Une centaine de raies inexpliquées

HS 0209+0832 est une naine blanche chaude et jeune : environ 35 800 degrés en surface, et seulement 5 millions d’années environ depuis le début de son refroidissement, à quelque 82,6 parsecs de nous. Elle intrigue depuis longtemps. Son atmosphère d’hydrogène contient environ 1 % d’hélium, qui à cette température devrait couler en quelques mois. Et un spectre ultraviolet pris par le télescope spatial Hubble en 1999 montrait carbone, aluminium, silicium, calcium, titane, nickel et zinc — plus une centaine de raies que personne ne savait identifier.

Jamie Williams, Boris Gänsicke et leurs collègues de l’université de Warwick et de huit autres institutions ont réanalysé ces spectres d’archives de Hubble, du satellite ultraviolet FUSE et du Very Large Telescope. Avec des données atomiques à jour, la plupart des raies mystérieuses se révèlent être du cuivre et du niobium — 62 raies pour le seul niobium. Aucune des 33 autres naines blanches chaudes et polluées observées par FUSE ne montre de niobium.

Riche en métaux rares, pauvre en roche

L’équipe a ensuite établi ce qui tombe sur l’étoile. Certains éléments sont en partie soutenus par la lumière même de l’étoile, ce qui complique les comptes ; elle s’est donc concentrée sur ceux qui ne le sont pas. Le résultat ne correspond à aucune naine blanche connue ni à aucune météorite :

• Les éléments plus lourds que le fer — zinc, cuivre, niobium — sont très enrichis. Rapporté au calcium, le niobium est plus de mille fois plus abondant que dans le Soleil.
• Le fer n’est pas détecté, et le silicium n’apparaît qu’en traces, alors qu’à eux deux ils font environ 48 % de la masse de la Terre. Il y a plus de deux fois plus de nickel que de fer, alors que dans la Terre le nickel ne pèse qu’environ 5 % du fer.
• Azote, oxygène, phosphore et soufre sont rares : ce n’est pas une comète glacée.

L’empreinte d’une étoile mourante

Les étoiles géantes en fin de vie fabriquent l’essentiel des éléments de l’Univers construits par capture lente de neutrons, le « processus s » — dont le niobium. Avec 138 modèles de telles étoiles, les auteurs montrent que leurs vents peuvent être jusqu’à cent fois plus riches en niobium et en strontium, un peu plus riches en nickel, cuivre et zinc, et pas du tout en fer ni en silicium.

Leur scénario : un compagnon proche de l’étoile d’origine a été englouti pendant sa phase de géante. L’enveloppe de l’étoile a été éjectée et a formé un disque riche en éléments du processus s, où une planète géante a ensuite grandi, près de la naine blanche toute neuve. Dans une planète ordinaire, à l’inverse, aucun processus connu ne produirait autant de niobium : parmi 100 étoiles dont le niobium est mesuré, le rapport au calcium le plus élevé est plus de 200 fois plus faible qu’ici.

Une planète surprise en train de s’évaporer

De l’hélium arrive aussi, et les corps rocheux n’en apportent pas. Les auteurs concluent que la naine blanche se nourrit très probablement de l’atmosphère qui s’échappe d’une planète géante chauffée par son intense lumière ultraviolette.

Les données du satellite TESS de la NASA ajoutent un indice : l’éclat du système varie de 0,12 % avec une période de 4,4 jours, bien plus lente que la rotation habituelle des naines blanches. Cela correspondrait à une planète en orbite à 0,044 unité astronomique. Deux lectures sont proposées : le cycle jour-nuit d’une jeune géante encore chaude, à la face éclairée voilée de brume, ou une queue de comète de gaz évaporé passant devant l’étoile — ce qui expliquerait aussi pourquoi l’hélium mesuré varie.

Ce qui ne colle pas encore

Les auteurs signalent plusieurs énigmes. Le strontium manque : tous les modèles prévoient plus de strontium que de niobium, or il est ici plus de cent fois plus rare. Le niobium dépasse même la valeur la plus haute de leurs modèles, et l’excès de nickel sur le fer est difficile à expliquer. Certaines étoiles enrichies par de la matière de géante montrent elles aussi plus de niobium que de strontium, signe d’un processus que les modèles ignorent ; la chimie de l’atmosphère planétaire pourrait aussi rebattre les cartes. Personne n’a encore modélisé l’atmosphère d’une planète de seconde génération.

L’objet reste un candidat. Pour en trouver d’autres, l’équipe propose de chercher la même signature dans les spectres ultraviolets des naines blanches chaudes : beaucoup de carbone et d’éléments du processus s. Détecter du plomb permettrait de préciser la composition de l’étoile d’origine.