Atmosphère de naine blanche recréée en laboratoire

Les naines blanches sont les morceaux de carbone brillants qui restent après que les étoiles aient épuisé tout leur carburant. Ils sont chauds, denses et petits, généralement avec la masse du Soleil emballée dans le volume de la Terre.

La structure de ces objets est complexe. Les astronomes ne peuvent pas voir les braises de carbone incandescentes car les naines blanches sont toujours entourées d'une fine et dense couche de gaz, attirée par la gravité intense de l'étoile.

C'est ce gaz qui brille d'une lumière blanche intense à des températures généralement comprises entre 8 000 K et 16 000 K - en comparaison, l'atmosphère du Soleil est d'environ 6 000 K. Le gaz est en grande partie de l'hydrogène mais peut également contenir de l'hélium, divers métaux et du carbone.

Ces éléments sont tous faciles à identifier en examinant les fréquences caractéristiques auxquelles les éléments émettent et absorbent la lumière, une technique connue sous le nom de spectroscopie. Cependant, la chaleur et la pression intenses à la surface de ces étoiles déforment les spectres, provoquant par exemple un étalement des raies.

C'est pratique pour les astronomes car ils peuvent utiliser ces distorsions pour calculer la pression à la surface, qui dépend de la gravité de la surface. Combiné à d'autres données, telles que les mesures de température, cela leur permet de calculer le rayon et la masse de l'étoile.

La spectroscopie est donc un outil extrêmement puissant.

Il y a un problème, cependant. La masse et le rayon calculés de cette manière ne concordent pas toujours avec les valeurs calculées par d'autres moyens, par exemple en mesurant le mouvement de l'étoile dans l'espace.

Les astronomes veulent donc mieux comprendre les processus qui influencent les spectres des atmosphères naines blanches.

Entrez Ross Falcon au Sandia National Laboratories au Nouveau-Mexique et quelques amis. Il se trouve que Sandia possède la machine à rayons X la plus puissante de la planète, un appareil connu sous le nom de Z Pulsed Power Facility.

Ces gars-là utilisent les rayons X de cette machine pour chauffer une fine paroi d'or à l'extrémité d'un tube à essai contenant de l'hydrogène. L'or chauffe rapidement l'hydrogène créant un plasma à haute densité à une température d'environ 10 000 K.

Cela reproduit plus ou moins exactement les conditions dans l'atmosphère d'une naine blanche. Falcon and co mesurent ensuite le spectre du gaz pour voir comment les conditions l'influencent.

En utilisant les données, ces gars ont pu affiner les modèles d'astronomes d'atmosphères de naines blanches pour mieux comprendre les étoiles elles-mêmes, leur masse et leur rayon, par exemple.

Le travail est cependant loin d'être terminé. Falcon and co veulent maintenant inclure certains des autres éléments qui apparaissent dans les spectres des naines blanches. Ils ont commencé des expériences préliminaires avec l'hélium et espèrent examiner les spectres du carbone et de l'oxygène dans un avenir proche.

Au-delà de cela, Falcon and co veulent recréer les puissants champs magnétiques qui existent autour de certaines naines blanches, pour voir quelle influence celles-ci ont sur les spectres.

C'est plus facile à dire qu'à faire. Le Z Pulsed Power Facility n'a aucun problème à générer de puissants champs magnétiques - la difficulté est de les utiliser de manière contrôlée dans une expérience. Il y a donc du travail à faire par le groupe de Falcon et d'autres travaillant également à Sandia.

Mais recréer la surface des étoiles sur Terre, c'est cool.

Réf : arxiv.org/abs/1210.0832 : Création de photosphères de naines blanches en laboratoire : stratégie pour les applications en astrophysique

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