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Naine blanche
Une naine blanche est le cœur mis à nu d’une étoile de masse faible ou moyenne, comme le Soleil, après sa mort : une masse comparable à celle du Soleil concentrée dans un volume proche de celui de la Terre.
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Environ 97 % des étoiles de la Voie lactée, dont le Soleil, finiront en naine blanche. Ces astres ne produisent plus d’énergie par fusion : ils brillent seulement parce qu’ils sont encore très chauds et se refroidissent lentement pendant des milliards d’années. Leur matière est si comprimée qu’une cuillère à café pèserait plusieurs tonnes sur Terre.
Comment se forme une naine blanche ?
Quand une étoile de moins de 8 à 10 masses solaires environ a épuisé son hydrogène, elle devient une géante rouge. Son cœur fusionne alors l’hélium en carbone et en oxygène. L’étoile finit par expulser doucement ses couches externes, qui forment une nébuleuse planétaire (voir nébuleuse). Il ne reste que le cœur, très chaud et compact : la naine blanche. Les étoiles les plus massives de cette catégorie laissent une naine blanche d’oxygène, de néon et de magnésium.
Une naine blanche en chiffres
| Caractéristique | Valeur typique |
|---|---|
| Masse | 0,5 à 0,7 masse solaire le plus souvent, au maximum environ 1,4 |
| Diamètre | environ celui de la Terre (10 000 à 15 000 km) |
| Densité | environ une tonne par centimètre cube |
| Gravité en surface | environ 100 000 fois celle de la Terre |
| Composition | carbone et oxygène surtout, sous une fine couche d’hélium et d’hydrogène |
| Température de surface | plus de 100 000 °C à la naissance, quelques milliers de degrés pour les plus vieilles |
Pourquoi ne s’effondre-t-elle pas ?
Une naine blanche ne produit plus de pression thermique par fusion. C’est la pression de dégénérescence des électrons, un effet de mécanique quantique, qui la soutient : les électrons, serrés au maximum, ne peuvent pas occuper le même état et résistent à la compression.
Paradoxe : plus une naine blanche est massive, plus elle est petite, car la gravité la comprime davantage.
Une découverte grâce à Sirius B
La première naine blanche identifiée comme telle est Sirius B, le compagnon de Sirius, observé en 1862. Dans les années 1910, on découvre que cette étoile très faible est pourtant très chaude, donc forcément minuscule. En 1925, sa masse et sa taille révèlent une densité alors jugée « absurde ». C’est la physique quantique, à la fin des années 1920, qui l’a expliquée. Le nom « naine blanche » a été popularisé par l’astronome Willem Luyten en 1922.
Le lent refroidissement
Privée de source d’énergie, une naine blanche se refroidit en rayonnant sa chaleur. Elle passe du blanc-bleu au blanc, puis au jaune et au rouge. En refroidissant, son intérieur se cristallise progressivement, un phénomène confirmé en 2019 grâce aux données du satellite Gaia de l’ESA : le carbone et l’oxygène du cœur forment un réseau cristallin.
Le stade ultime, une naine noire froide et invisible, n’existe pas encore : il faudrait bien plus que l’âge actuel de l’Univers (13,8 milliards d’années) pour qu’une naine blanche se refroidisse complètement. Les plus vieilles naines blanches servent d’ailleurs à dater les populations d’étoiles.
Quand une naine blanche explose
Une naine blanche dans un système double peut capter la matière de son compagnon :
- une accumulation d’hydrogène en surface peut déclencher une explosion thermonucléaire de surface, une nova, qui peut se répéter ;
- si la naine blanche approche la limite de Chandrasekhar, ou fusionne avec une autre naine blanche, elle peut exploser entièrement : c’est une supernova de type Ia. Ces explosions d’éclat très régulier servent de « chandelles standard » pour mesurer les distances et ont permis de découvrir l’accélération de l’expansion (voir supernova).
Questions fréquentes
Le Soleil deviendra-t-il une naine blanche ?
Oui, dans environ 7 à 8 milliards d’années, après une phase de géante rouge. Il laissera une naine blanche d’environ 0,5 masse solaire.
Quelle est la naine blanche la plus proche ?
Sirius B, à 8,6 années-lumière. Vient ensuite Procyon B, compagnon de Procyon, à environ 11,5 années-lumière.
Peut-on voir une naine blanche à l’œil nu ?
Non. Elles sont trop petites et peu lumineuses. Même Sirius B, la plus proche, demande un bon télescope en raison de l’éclat de Sirius A.