Un jour, probablement dans des milliards d'années, notre soleil mourra. Ce qui arrive exactement au soleil à la fin de sa longue vie, cependant, a longtemps fait l’objet de débats. De nouvelles observations rapportées dans une étude de la revue Nature révèlent que la plupart des étoiles, y compris le soleil, deviendront probablement des cristaux géants de l’espace de la taille de la Terre qui marqueront l’emplacement de notre système solaire.
La découverte provient du télescope spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne, qui a examiné de près la couleur et la luminosité de 15 000 étoiles restantes, appelées naines blanches, à environ 300 années-lumière de la Terre. Il y a cinquante ans, les astronomes avaient prédit pour la première fois qu'à la fin de la vie d'un nain blanc, il se refroidirait suffisamment pour passer d'un liquide à un solide et se cristalliser, mais ils n'avaient aucune preuve. Cette nouvelle étude fournit la première preuve d'observation que les restes de l'étoile se refroidissent en une boule disco cosmique.
En fait, l’auteur et astronome Pier-Emmanuel Tremblay de l’Université de Warwick a confié à Deborah Netburn du Los Angeles Times que la majorité des étoiles de l’univers connu se cristalliseraient.
«Dans des dizaines de milliards d'années, l'univers sera principalement constitué de sphères de cristal denses», a-t-il déclaré. "Dans le futur, ces objets seront complètement dominants."
Alors, qu'est-ce qu'un nain blanc? Fondamentalement, c'est l'une des dernières étapes de la vie d'une star. Les étoiles de taille moyenne alimentent leur existence en fusionnant de l'hydrogène en hélium dans leurs noyaux surchauffés. L'énergie et la pression libérées par ces réactions nucléaires génèrent de la chaleur et une pression extérieure pour maintenir l'étoile stable. Cependant, les étoiles de petite à moyenne taille, définies comme ayant une masse inférieure à environ 8 fois la masse de notre soleil, convertiront la plupart de leur hydrogène en hélium. La pression de ces réactions ne pourra pas vaincre la force de gravité du noyau de l'étoile. L’étoile commencera alors à s’écrouler sur elle-même, puis à se réchauffer et à fondre son dernier hydrogène restant à l’extérieur du noyau dans une coquille en feu qui le fera se développer massivement en un géant rouge. Cela deviendra suffisamment chaud pour fondre son noyau d'hélium dans les éléments plus lourds oxygène et carbone. Après cela, ses couches extérieures disparaîtront et il ne restera plus qu'un nain blanc, ou le noyau épuisé de l'étoile qui refroidira lentement pendant plusieurs milliards d'années.
Selon Netburn, si les naines blanches se refroidissaient simplement au fil du temps et ne se transformaient pas en cristaux, les étoiles changeraient de couleur et perdraient leur luminosité de manière régulière et prévisible, passant du bleu au orange en passant au rouge.
Mais les données du télescope Gaia ont montré que de nombreuses naines blanches arrêtaient de se refroidir pendant des millions et parfois des milliards d'années au lieu de suivre cette trajectoire prévisible et de libérer de l'énergie. L’explication la plus raisonnable est que pendant cette période, la naine blanche se cristallise, processus qui dégage de l’énergie.
«Nous avons vu un empilement de nains blancs de certaines couleurs et luminosités qui, autrement, n'étaient pas liées entre elles en termes d'évolution», a déclaré Pier-Emmanuel dans un communiqué de presse. «Nous avons réalisé qu'il ne s'agissait pas d'une population distincte de naines blanches, mais des effets du refroidissement et de la cristallisation prévus il y a 50 ans.»
Certains chercheurs ont estimé que, si les naines blanches se cristallisaient, l'énergie dégagée par le processus serait trop petite pour être détectée par les astronomes. Mais ce n'est pas le cas, et l'énergie dégagée au cours du processus se situe dans la partie supérieure des prévisions. Dans un autre communiqué de presse, Tremblay explique que cela est probablement lié à la composition des nains.
«Nous avons non seulement des preuves de dégagement de chaleur lors de la solidification, mais nous avons besoin de beaucoup plus d'énergie pour expliquer les observations. Nous pensons que cela est dû à la cristallisation de l'oxygène, puis à sa descente au cœur, processus similaire à la sédimentation sur le lit d'une rivière sur Terre », a-t-il déclaré. "Cela poussera le carbone vers le haut, et cette séparation libérera de l'énergie gravitationnelle."
Bien que savoir que ces étoiles deviennent des sphères de cristal soit très intéressant, cela a des conséquences pratiques pour les astronomes. Comme les naines blanches étaient connues pour se refroidir à un rythme constant, elles sont souvent utilisées pour dater les amas d'étoiles. Mais la vitesse à laquelle une naine blanche se cristallise dépend de sa masse, les étoiles les plus grosses suivant le processus de cristallisation au bout d'un milliard d'années, tandis que les étoiles plus petites pourraient mettre des milliards d'années de plus avant de commencer la cristallisation. Les chercheurs disent qu'ils doivent créer de meilleurs modèles de la cristallisation de ces étoiles afin de les utiliser pour mieux dater les amas d'étoiles.
La Terre a encore du temps à parcourir avant que le Soleil ne devienne un énorme lustre astro. On estime qu'il faudra environ 5 milliards d'années pour qu'il brûle son carburant et qu'il devienne un nain blanc. Il faudra encore 5 milliards d'années pour se refroidir et se cristalliser.
