Comprendre les oscillations des naines blanches magnétiques

A la fin de sa vie, le Soleil aura épuisé toutes ses ressources nucléaires. Son cœur s’effondrera alors sous l’action de la gravité en un astre très dense ayant une masse proche de celle du Soleil mais dans un volume équivalent à celui d’une planète comme la Terre. Il deviendra alors une « naine blanche ». Actuellement, les chercheurs estiment que près de 10% des étoiles de la Galaxie se sont déjà transformées en « naines blanches ». Certaines d’entre elles sont très fortement magnétiques avec un champ magnétique plus de dix millions de fois plus intense que celui du Soleil.

Lorsqu’elles sont en orbite autour d’une autre étoile, les naines blanches magnétiques, aussi appelées « polars », aspirent la matière qui tombe en chute libre jusqu’à leurs pôles dans ce qui est appelé une « colonne d’accrétion », région cylindrique mesurant quelques centaines de kilomètres de rayon. Dans cette colonne, la matière en chute libre atteint des vitesses supersoniques de l’ordre de 1000 km/s créant un phénomène d’onde de choc, analogue au « bang » des avions supersoniques. Cette onde de compression ralentit brutalement la matière qui s’échauffe et peut alors rayonner autant d’énergie qu’au cœur d’une étoile, principalement sous forme de rayons X, ultraviolets et lumière visible.

Entre 1982 et 1997, des variations de luminosité rapides ont été découvertes dans la lumière visible de cinq de ces polars, suggérant l’existence d’instabilités. Les scientifiques ont voulu comprendre l’origine de ces instabilités présentes dans ces étoiles fortement magnétiques. Dans un premier temps, et en complément de travaux antérieurs, ils ont produit des simulations numériques très précises du processus physique complexe de l’onde de choc due au déplacement de la matière dans la colonne d’accrétion des polars. Dans la majorité des cas, ces simulations ont montré l’existence de fortes instabilités se traduisant par une oscillation importante de la hauteur du choc au-dessus de la naine blanche et donc de la luminosité en rayons X. Pour la première fois, les chercheurs ont pu mettre en évidence un choc dit « secondaire » qui est « réfléchi » par la surface de la naine blanche lorsque la matière percute l’étoile.

Dans un second temps, les mêmes équipes ont recherché la présence de ces oscillations rapides, dont les périodes peuvent varier de 0,1 à 10 secondes, dans un ensemble de polars observées en rayons X par le satellite européen XMM-Newton. Mais, parmi les 24 polars qui ont été étudiées, aucun n’a pu révéler des oscillations rapides.

Dans certains cas, un champ magnétique trop fort peut amortir les oscillations et les rendre indétectables. Mais, malgré l’incertitude sur certains paramètres (masse de la naine blanche, section de la colonne d’accrétion …), une partie au moins des polars observées par XMM aurait dû montrer des oscillations rapides dues aux variations du choc. L’obtention de ces nouveaux résultats et la découverte de l’absence de ces oscillations semblent aujourd’hui mettre en doute la validité des modèles standards sur le comportement des colonnes d’accrétion dont la physique est pourtant considérée comme bien maîtrisée.