LES SEULES ÉTOILES VERTES CONNUES SONT DES NAINES BLANCHES

Regardez le ciel nocturne : les couleurs des étoiles sont discrètes mais réelles. Bételgeuse et Antarès paraissent rougeâtres, Sirius et Rigel légèrement bleutées. Pour les étoiles ordinaires, la couleur est un thermomètre. Leur lumière suit à peu près celle d’un corps chaud idéal, un corps noir, qui passe de l’orange au blanc puis au bleu en chauffant.

La plupart des étoiles sont pourtant bien trop faibles pour être vues à l’œil nu, et même au télescope, l’œil juge mal les couleurs dans le noir. Les images colorées de l’astronomie sont surtout en fausses couleurs : le Sloan Digital Sky Survey, par exemple, attribue ses bandes i, r et g au rouge, au vert et au bleu, alors que l’œil humain ne couvre que les bandes g et r. Utile pour la science, mais trompeur sur l’apparence réelle des étoiles.

Des atmosphères denses comme un liquide

Les naines blanches sont les restes denses que laissent la plupart des étoiles à leur mort. Leurs atmosphères peuvent être extraordinairement comprimées — jusqu’à environ 1 gramme par centimètre cube pour les plus froides, la densité d’un liquide. Dans ces conditions, les atomes de carbone, de calcium ou de sodium absorbent la lumière sur des bandes énormément élargies, larges de centaines à milliers d’ångströms. La lumière qui s’échappe peut être très éloignée de celle d’un corps noir.

Mark Hollands, Boris Gänsicke et Pier-Emmanuel Tremblay, de l’université de Warwick, avec Detlev Koester, de l’université de Kiel, ont posé une question simple que personne n’avait traitée pour ces étoiles : de quelle couleur paraîtraient-elles à un observateur assez proche pour voir leur disque ?

Du spectre à l’écran

La réponse vient de la science des couleurs, la discipline qui étalonne les écrans et l’éclairage. L’équipe a intégré chaque spectre sur les courbes standard qui décrivent la sensibilité de l’œil humain (les fonctions colorimétriques CIE 1931), puis converti le résultat dans l’espace de couleur standard des écrans d’ordinateur, le sRGB. En guise de vérification, un modèle du Soleil donne un blanc très légèrement chaud, code hexadécimal #FFF1EC ; une naine blanche à hydrogène de 10 000 degrés, un bleu pâle.

Ils ont appliqué cette méthode à des modèles d’atmosphère, à des dizaines de spectres observés choisis pour leurs bizarreries, et au recensement complet des 152 naines blanches situées à moins de 20 parsecs du Soleil.

Une palette d’étoiles mortes

Les naines blanches à atmosphère d’hydrogène ou d’hélium pur se comportent presque comme des corps noirs. Les autres, non.

• Rose et violet. Les naines blanches riches en carbone, dont les molécules C₂ absorbent de larges bandes au milieu du visible, tombent sous les couleurs des corps noirs. L’une d’elles, WD J1011+2845, à 14,7 parsecs, émet l’essentiel de sa lumière visible au-delà de 600 nanomètres. Sa couleur est un rose saumon profond — selon les auteurs, probablement l’étoile la plus rouge connue en couleur perçue.
• Cyan. Certaines naines blanches froides à hydrogène et hélium mélangés voient leur lumière rouge et infrarouge absorbée par des molécules qui se percutent. Les plus extrêmes virent au cyan.
• Jaune. Dans WD J0744+4649, le calcium avale la plus grande partie de la lumière sous 460 nanomètres : l’étoile n’est pas orange, mais jaune.
• Vert. WD J1330+6435, à 4 240 degrés, voit sa lumière orange absorbée par le sodium et sa lumière violette par le calcium. Ce qui reste culmine vers 500 nanomètres : vert chartreuse. Les auteurs ne connaissent aucune autre étoile, de quelque sorte que ce soit, annoncée verte : les naines blanches sont pour l’instant la seule façon connue de produire une étoile verte. Son spectre est un peu bruité, notent-ils, mais un modèle plus ancien donne une teinte proche.
• Bleu à 4 000 degrés. WD J2356−2054 n’est qu’à environ 4 000 degrés, et pourtant le sodium efface si bien le milieu de sa lumière visible qu’elle paraît bleu vif — plus bleue que n’importe quel corps noir, au point qu’on ne peut même pas lui attribuer de température de couleur.

Blanches, finalement

Le recensement du voisinage de 20 parsecs raconte une histoire plus calme. Seules 3,4 % environ de ces naines blanches s’écartent nettement des couleurs des corps noirs : deux jaunes et trois roses. Pour les 147 autres, les températures de couleur vont de 3 000 à 25 000 degrés, et leur médiane, 6 768 kelvins, donne le code hexadécimal #F9F5FF — remarquablement proche du blanc standard des écrans d’ordinateur. Les auteurs avouent s’en être amusés : l’image courante de naines blanches bleutées n’est pas représentative, c’est un biais des relevés qui favorisent les étoiles brillantes et chaudes. En moyenne, les naines blanches sont vraiment blanches.

Peindre les disques

L’équipe a aussi produit des images des disques eux-mêmes, en tenant compte de l’assombrissement d’une étoile vers son bord. Pour les naines blanches à hydrogène, les disques paraissent presque uniformes. Pour celles riches en carbone ou en métaux, le bord s’assombrit fortement et change même de teinte : la verte WD J1330+6435 vire à l’orange dans les pixels les plus extérieurs de son disque. La surface de ces étoiles reste infiniment plus brillante que ce qu’un écran peut montrer, mais les auteurs comptent sur ces portraits pour la médiation scientifique. Ils s’attendent aussi à d’autres surprises : entre l’étoile verte et l’étoile bleue, d’autres naines blanches vert vif, cyan et bleues attendent probablement les relevés à venir.