Une équipe d’astrophysiciens canadiens et américains dirigée par Patrick Dufour, chercheur postdoctoral au Département de physique de l’Université de Montréal et membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ), a découvert en examinant des milliers de spectres du Sloan Digital Sky Survey, une étoile naine blanche dont la composition de surface est la plus riche en éléments lourds connue à ce jour.

Leur analyse, basée sur des observations obtenues au télescope Gemini Nord (Hawaii) et au MMT (Multiple-Mirror Telescope, Arizona), démontre clairement qu’une planète naine, de masse équivalente à Cérès de notre système solaire, s’est engouffrée dans une étoile de type « naine blanche ».

Les naines blanches sont des étoiles « mortes » dont le cœur ne produit plus de réactions thermonucléaires. Ainsi, elles se refroidissent lentement en perdant le contenu de leur énergie thermique. Ce sont des objets astronomiques très compacts dont le champ de gravité à leur surface est 100,000 fois supérieur à celui de la Terre ! En conséquence, les éléments chimiques les plus lourds (tels le calcium, le magnésium, le fer, etc.) ont tendance à couler vers le centre de l’étoile alors que les plus légers (principalement l’hydrogène et/ou l’hélium) vont « flotter » à la surface. C’est ce qui explique que la très grande majorité des naines blanches possèdent une atmosphère composée soit d’hydrogène pur ou d’hélium pur (les deux éléments les plus légers). Ainsi, quand des éléments lourds sont détectés à la surface de ce type d’étoiles, leur présence doit nécessairement être est attribuée à une source externe, soit l’accrétion du milieu interstellaire, ou plus probablement d’un astéroïde ou d’une planète mineure rocheuse qui aurait survécu aux différentes phases d’évolution de la naine blanche.

L’équipe de Patrick Dufour, dont font également partie les professeurs Gilles Fontaine et Pierre Bergeron (Université de Montréal et CRAQ) a réussi à démontrer que la naine blanche SDSS J073842.56+183509.6 possède l’atmosphère la plus « polluée » d’éléments lourds, dépassant ainsi d’un facteur 10 les records établis par d’autres étoiles ! À partir de leurs modèles théoriques de naines blanches, l’équipe a réussi à calculer la masse totale des éléments lourds présents dans l’étoile. Cette masse est équivalente à la moitié de la masse de la planète naine Cérès de notre système solaire. La luminosité de la naine blanche, obtenue avec l’imageur infrarouge NIRI du télescope Gemini Nord, a aussi révélé un excès de lumière infrarouge qui met en évidence la présence d’un disque d’accrétion autour de l’étoile. Ce disque de débris, qui est probablement la conséquence de la destruction d’une planète naine ou d’un astéroïde par les forces gravitationnelles de la naine blanche, est la source même des éléments lourds observés à la surface de l’étoile. En estimant la masse totale des éléments lourds présents dans la naine blanche et dans le disque qui l’entoure, les auteurs concluent que ce disque est probablement le résidu d’une planète naine de la taille de Cérès.

Une analyse spectrographique faite au MMT révèle, quant à elle, que la composition chimique des éléments lourds est remarquablement similaire à celle de la croûte terrestre. Cette analyse met en évidence que les exo-planètes telluriques ont une composition comparable à celles de notre système solaire. Cette découverte, jumelée aux avancés optiques des futurs gros télescopes, démontre qu’il sera possible d’étudier la composition chimique des objets extrasolaires de façon extrêmement précise.