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[[Fichier:Sirius A and B Hubble photo.jpg|thumb|Image de [[Sirius|Sirius A and Sirius B]] prise par le [[Hubble (télescope spatial)|télescope spatial Hubble]]. Sirius B est une naine blanche visible comme un faible point en bas à gauche de {{nobr|Sirius A}}, beaucoup plus brillant.]]
[[Fichier:Sirius A and B Hubble photo.jpg|thumb|Image de [[Sirius|Sirius A and Sirius B]] prise par le [[Hubble (télescope spatial)|télescope spatial Hubble]]. Sirius B est une naine blanche visible comme un petit point en bas à gauche de {{nobr|Sirius A}}, beaucoup plus brillant.]]


Une '''naine blanche''', appelée aussi '''naine dégénérée''' est une [[étoile]] de petite taille composée essentiellement de [[matière dégénérée]]. De [[masse]] comparable à celle du [[Soleil]] pour un volume comparable à celui de la [[Terre]], sa [[densité]] est très élevée. Sa faible [[luminosité]] provient de l'[[transfert thermique|émission]] de l'[[chaleur|énergie thermique]] stockée au cœur de l'étoile<ref name="osln" />. Les naines blanches constituent approximativement 6 % de l'ensemble des étoiles connues dans le [[Nuage interstellaire local|voisinage solaire]]<ref>[http://www.chara.gsu.edu/RECONS/TOP100.posted.htm The One Hundred Nearest Star Systems], Todd J. Henry, RECONS, publié le 11 avril 2007. consulté le 4 mai 2007.</ref>. La pâleur inusuelle des naines blanches a été reconnue pour la première fois en 1910 par [[Henry Norris Russell]], [[Edward Charles Pickering]] et [[Williamina Fleming]]<ref name="schatzman"/>. Quand à la dénomination de ''naine blanche'', c'est une trouvaille de [[Willem Luyten]] en 1922<ref name="holberg" />.
Une '''naine blanche''', appelée aussi '''naine dégénérée''' est une [[étoile]] de petite taille composée essentiellement de [[matière dégénérée]]. De [[masse]] comparable à celle du [[Soleil]], pour un volume comparable à celui de la [[Terre]], sa [[densité]] est très élevée. Sa température de surface, qui peut être élevée, provient de l'[[transfert thermique|émission]] de l'[[chaleur|énergie thermique]] stockée au cœur de l'étoile<ref name="osln" />. Malgré cela, elle a une faible [[luminosité]] totale, en raison de sa petite superficie. Les naines blanches constituent approximativement 6 % de l'ensemble des étoiles connues dans le [[Nuage interstellaire local|voisinage solaire]]<ref>{{en}} {{Lien web | url = http://www.chara.gsu.edu/RECONS/TOP100.posted.htm | titre = The One Hundred Nearest Star Systems | auteur = J. Henry Todd | mois =avril | année = 2007 | éditeur = RECONS | consulté le = 2 octobre 2009}}.</ref>. La luminosité inusuellement basse des naines blanches a été reconnue pour la première fois en 1910 par [[Henry Norris Russell]], [[Edward Charles Pickering]] et [[Williamina Fleming]]<ref name="schatzman" />. Quand à la dénomination de ''naine blanche'', c'est une trouvaille de [[Willem Luyten]] en 1922<ref name="holberg" />.


On pense que l'état de naine blanche est l’avant-dernière phase de l'[[évolution des étoiles]] de masse comprise entre 0,8 et 1,4 fois celle du [[Soleil]], c'est-à-dire peu élevée, qui représentent 97 %<ref name="cosmochronology"/> des étoiles de la [[Voie Lactée]], notre galaxie. À la fin de la période de [[fusion nucléaire]] de l'[[hydrogène]] d'une [[étoile de la séquence principale]] de masse faible ou intermédiaire, l'astre se mue en une [[géante rouge]] qui fusionne l'[[hélium]] de son cœur en [[carbone]] puis en [[oxygène]] par le [[réaction triple-alpha|processus de réaction triple-alpha]] et entame en parallèle un épisode d'expansion colossale. Si une géante rouge a une masse suffisante pour générer la température nécessaire à la fusion de [[carbone]] dans son cœur, une masse inerte de carbone et d'oxygène s'y constitue. Après avoir expulsé ses couches extérieures pour former une [[nébuleuse planétaire]], elle ne laisse derrière elle que ce cœur qui forme le rémanent de naine blanche<ref name="rln"> {{en}}[http://spiff.rit.edu/classes/phys230/lectures/planneb/planneb.html Late stages of evolution for low-mass stars], Michael Richmond, lecture notes, Physics 230, {{lien|lang=en|trad=Rochester Institute of Technology}} consulté le 3 mai 2007.</ref>.
On pense que l'état de naine blanche est l’avant-dernière phase de l'[[évolution des étoiles]] de {{ancre|masse97}}masse comprise entre 0,8 et 1,4 fois celle du [[Soleil]], c'est-à-dire peu élevée, qui représentent 97 %<ref name="cosmochronology" /> des étoiles de la [[Voie Lactée]], notre galaxie. A la fin de la période de [[fusion nucléaire]] de l'[[hydrogène]] d'une [[étoile de la séquence principale]] de masse faible ou intermédiaire, l'astre se mue en une [[géante rouge]] qui fusionne l'[[hélium]] de son cœur en [[carbone]] par le [[réaction triple-alpha|processus de réaction triple-alpha]], puis en [[oxygène]], et entame en parallèle un épisode d'expansion colossale. Si une géante rouge a une masse insuffisante pour engendrer la température nécessaire à la fusion de [[carbone]] dans son cœur, une masse inerte de carbone et d'oxygène s'y constitue. Après avoir expulsé ses couches extérieures pour former une [[nébuleuse planétaire]], elle ne contient plus que ce cœur, qui forme la naine blanche résiduelle<ref name="rln"> {{en}} {{Lien web | url = http://spiff.rit.edu/classes/phys230/lectures/planneb/planneb.html | titre = Late stages of evolution for low-mass stars | auteur = Michael Richmond | éditeur = lecture notes, Physics 230, [[Rochester Institute of Technology]] | consulté le = 2 octobre 2009 }}.</ref>.


Habituellement, donc, les naines blanches sont composées de carbone et d'oxygène. Il est aussi possible que la température du cœur autorise la fusion du carbone mais pas du [[néon]], auquel cas une naine blanche "[[oxygène]]-[[néon]]-[[magnésium]]" peut se former<ref name="oxne">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ASPC..334..165W On Possible Oxygen/Neon White Dwarfs: H1504+65 and the White Dwarf Donors in Ultracompact X-ray Binaries], K. Werner, N. J. Hammer, T. Nagel, T. Rauch, and S. Dreizler, pp. 165 ff. in ''14th European Workshop on White Dwarfs; Proceedings of a meeting held at Kiel, 19-23 juillet 2004'', publié par D. Koester and S. Moehler, San Francisco: Astronomical Society of the Pacific, 2005.</ref>. Quelques naines blanches à [[hélium]]<ref name="apj606_L147">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...606L.147L A Helium White Dwarf of Extremely Low Mass], James Liebert, P. Bergeron, Daniel Eisenstein, H.C. Harris, S.J. Kleinman, Atsuko Nitta, and Jurek Krzesinski, ''The Astrophysical Journal'' '''606''', #2 (mai 2004), pp. L147–L149, consulté le 5 mars 2007.</ref>{{,}}<ref name="he2">[http://spaceflightnow.com/news/n0704/17whitedwarf Cosmic weight loss: The lowest mass white dwarf], press release, [[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]], 17 avril 2007.</ref> paraissent s'être formées par transfert de masse dans un système binaire.
Habituellement, donc, les naines blanches sont composées de carbone et d'oxygène. Il est aussi possible que la température du cœur permette la fusion du carbone mais pas du [[néon]], auquel cas une naine blanche "[[oxygène]]-[[néon]]-[[magnésium]]" peut se former<ref name="oxne">
{{ouvrage |langue=en |prénom1=K. |nom1=Werner |prénom2=N. J. |nom2=Hammer |prénom3=T. |nom3=Nagel|prénom4= T. |nom4=Rauch |prénom5=S. |nom5=Dreizler |titre=14th European Workshop on White Dwarfs |sous-titre=Proceedings of a meeting held at Kiel, 19-23 juillet 2004 |éditeur= D. Koester and S. Moehler : Astronomical Society of the Pacific |lieu= San Francisco|année=2005 |titre chapitre=On Possible Oxygen/Neon White Dwarfs: H1504+65 and the White Dwarf Donors in Ultracompact X-ray Binaries |passage= 165 ff. |présentation en ligne= |lire en ligne=http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ASPC..334..165W |consulté le=2 octobre 2009 }}.</ref>. Quelques naines blanches à [[hélium]]<ref name="apj606_L147">{{article | langue =en | prénom1 = James | nom1 =Liebert | nom2 = P. Bergeron, Daniel Eisenstein, H.C. Harris, S.J. Kleinman, Atsuko Nitta, et Jurek Krzesinski | titre = A Helium White Dwarf of Extremely Low Mass | sous-titre = | périodique = The Astrophysical Journal Letters | lien périodique = Astrophysical Journal | éditeur = Institute of Physics Publishing | lieu = G.-B. | volume = 606 | mois = mai | année =2004 | pages = L147-L149 | issn = ISSN 0004-637X| issn2 =ISSN 1538-4357 | résumé = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...606L.147L | url texte = http://www.iop.org/EJ/article/1538-4357/606/2/L147/59863.web.pdf?request-id=8f17b117-363a-4f8c-b6c0-d49d13d8998e | doi = 10.1086/421462 | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref name="he2">{{en}} {{Lien web | url = http://spaceflightnow.com/news/n0704/17whitedwarf | titre = Cosmic weight loss : The lowest mass white dwarf | auteur = communiqué de presse | mois =avril | année = 2007 | éditeur = [[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] | consulté le = 2 octobre 2009}}</ref> paraissent s'être formées par transfert de matière dans un système binaire.


La matière d'une naine blanche n'est plus soumise aux réactions de fusion, aussi l'étoile ne dispose plus d'aucune source d'énergie, et son [[effondrement gravitationnel]] n'est plus contrecarré non plus par la chaleur générée par la fusion. Elle est uniquement supportée par la {{Lien|fr=pression de dégénérescence de l'électron|lang=en|trad=electron degeneracy pressure|text=pression de dégénérescence des électrons}}, ce qui la rend extrêmement dense. La physique de la dégénérescence suppose une masse maximum pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, la [[masse de Chandrasekhar|limite de Chandrasekhar]], égale approximativement à 1,4 fois la [[masse solaire]], en dessous de laquelle elle ne peut tolérer la pression de dégénérescence. Une naine blanche carbone-oxygène qui se rapproche de cette masse limite, typiquement par un transfert de masse provenant d'une étoile compagnon, peut exploser en {{lien|fr=supernova de type I|lang=en|trad=Type I supernova}} (cf infra) selon le processus connu comme {{Lien|fr=détonation du carbone|lang=en|trad=carbon detonation}}<ref name="osln">[http://www.astronomy.ohio-state.edu/~jaj/Ast162/lectures/notesWL22.pdf Extreme Stars: White Dwarfs & Neutron Stars], Jennifer Johnson, lecture notes, Astronomy 162, [[Ohio State University]], consulté le 3 mai 2007.</ref>{{,}}<ref name="rln" /> dont [[SN 1006]] est un exemple fameux.
La matière d'une naine blanche n'est plus soumise aux réactions de fusion, aussi l'étoile ne dispose plus d'aucune source d'énergie, et son [[effondrement gravitationnel]] n'est plus contrecarré par la chaleur générée par la fusion. Elle est uniquement supportée par la [[Matière dégénérée|pression de dégénérescence des électrons]], ce qui la rend extrêmement dense. La physique de la dégénérescence suppose une masse maximum pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, la [[masse de Chandrasekhar|limite de Chandrasekhar]], égale approximativement à 1,4 fois la [[masse solaire]], au-dessus de laquelle la pression de dégénérescence provoque la transition ''électron&nbsp;+&nbsp;proton donne neutron''. Une naine blanche carbone-oxygène qui se rapproche de cette masse limite, typiquement par un transfert de masse provenant d'une étoile compagnon, peut exploser en [[Supernova#Classification spectrale|supernova de type Ia]] {{infra|supernova de type Ia}} selon le processus connu comme [[combustion du carbone (réaction de fusion nucléaire)|combustion du carbone]]<ref name="osln">{{ouvrage |langue=en|prénom1=Jennifer |nom1=Johnson|titre= Extreme Stars: White Dwarfs and Neutron Stars|sous-titre=Lecture notes, Astronomy 162 |éditeur=Ohio State University |lien éditeur=Université de l'État de l'Ohio |lieu=Columbus, Ohio, (E.-U.) |lire en ligne= http://www.astronomy.ohio-state.edu/~jaj/Ast162/lectures/notesWL22.pdf|consulté le=2 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref name="rln" />. ([[SN 1006]] pourrait en être un exemple fameux).


Pendant qu'elle est en formation, une naine blanche est très chaude, mais n'ayant pas de source d'énergie, elle élimine graduellement cette chaleur par rayonnement et se refroidit. Ceci signifie que la [[température de couleur]] initialement élevée de ces radiations diminue en rougissant progressivement. Après une très longue durée, une naine blanche refroidit jusqu'à des températures où elle n'est plus visible, et devient une ''[[naine noire]]'' froide<ref name="rln" />. Cependant, comme aucune naine blanche ne peut être plus [[Âge de l'univers|âgée que l'Univers]], soit approximativement 13,7 milliards d'années<ref name="aou">[http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603449v2 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology], D. N. Spergel et al., arXiv:astro-ph/0603449v2, 27 février 2007.</ref>, même les naines blanches les plus vieilles irradient encore à une température de quelque milliers de [[Kelvin]]s, et l'existence d'aucune naine noire n'est encore considérée comme possible<ref name="osln" />{{,}}<ref name="cosmochronology">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2001PASP..113..409F The Potential of White Dwarf Cosmochronology], G. Fontaine, P. Brassard, and P. Bergeron, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''113''', #782 (Avril 2001), pp. 409–435.</ref>.
Quand elle se forme, une naine blanche est très chaude, mais n'ayant pas de source d'énergie, elle élimine graduellement cette chaleur par rayonnement et se refroidit. Ceci signifie que la [[température de couleur]] initialement élevée de son rayonnement diminue en rougissant progressivement. Après une très longue durée, une naine blanche refroidit jusqu'à des températures où elle n'est plus visible, et devient une ''[[naine noire]]'' froide<ref name="rln" />. Cependant, comme aucune naine blanche ne peut être plus [[Âge de l'univers|âgée que l'Univers]], soit approximativement 13,7 milliards d'années<ref name="aou">{{article | langue =en | prénom1 =D. N. | nom1 =Spergel |nom2 =et al. | titre =Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Three Year Results: Implications for Cosmology | périodique = arXiv | volume = astro-ph | pages =0603449v2 | mois =février | année = 2007 | doi =10.1086/513700| url texte =http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603449v2 | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>, même les naines blanches les plus vieilles rayonnent encore à une température de quelque milliers de [[kelvin]]s, et l'existence d'aucune naine noire n'est encore considérée comme possible<ref name="osln" />{{,}}<ref name="cosmochronology">{{article | langue =en | prénom1 = G.| nom1 = Fontaine|nom2 = P. Brassard, et P. Bergeron| titre = The Potential of White Dwarf Cosmochronology | périodique = Publications of the Astronomical Society of the Pacific|lien périodique = Publications of the Astronomical Society of the Pacific | volume =113 | pages =409–435 | éditeur = [[University of Chicago Press]] | mois =avril | année =2001 | doi = 10.1086/319535 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/2001PASP..113..409F | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>.


La plupart des étoiles de notre galaxie (environ 97 %, cf ''supra'') finiront leur vie en naine blanche, selon ce scénario.
La plupart des étoiles de notre galaxie, environ 97 % {{supra|masse97}} finiront leur vie en naine blanche, selon ce scénario.


== Découverte ==
== Découverte ==


La première naine blanche découverte se trouvait dans le [[système stellaire|système stellaire triple]] [[40 Eridani]], qui contient 40 Eridani A, une étoile de la [[séquence principale]] relativement brillante, à une certaine distance de laquelle orbite un système binaire plus serré composé d'une naine blanche {{nobr|40 Eridani B}} et d'une [[naine rouge]] de la [[séquence principale]] 40 Eridani C. La paire {{nobr|40 Eridani B}} et C fut découverte par [[William Herschel|Friedrich Wilhelm Herschel]] le 31 janvier 1783<ref>[http://links.jstor.org/sici?sici=0261-0523(1785)75%3C40%3ACODSBW%3E2.0.CO%3B2-P Catalogue of Double Stars], William Herschel, ''Philosophical Transactions of the Royal Society of London'' '''75''' (1785), pp. 40–126</ref> ; elle fut à nouveau observée par [[Friedrich Georg Wilhelm von Struve]] en 1825 et par [[Otto Wilhelm von Struve]] en 1851<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1926BAN.....3..128V The orbit and the masses of {{nobr|40 Eridani BC}}], W. H. van den Bos, ''Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands'' '''3''', #98 (8 juillet 1926), pp. 128–132.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1974AJ.....79..819H Astrometric study of four visual binaries], W. D. Heintz, ''Astronomical Journal'' '''79''', #7 (Juillet 1974), pp. 819–825.</ref>. En 1910, [[Henry Norris Russell]], [[Edward Charles Pickering]] and [[Williamina Fleming]] découvrirent que bien qu'elle fût une étoile faible, {{nobr|40 Eridani B}} était une étoile de [[type spectral]] A, ou encore blanche<ref name="holberg">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AAS...20720501H How Degenerate Stars Came to be Known as White Dwarfs], J. B. Holberg, ''Bulletin of the American Astronomical Society'' '''37''' (Décembre 2005), p. 1503.</ref>. En 1939, Russell se remémorait la découverte<ref name="schatzman">''White Dwarfs'', E. Schatzman, Amsterdam: North-Holland, 1958.</ref> :
La première naine blanche découverte se trouvait dans le [[système stellaire#Triple|système stellaire triple]] [[40 Eridani|40&nbsp;Eridani]], qui contient 40&nbsp;Eridani A, une étoile de la [[séquence principale]] relativement brillante, à une certaine distance de laquelle orbite un système binaire plus serré composé d'une naine blanche 40&nbsp;Eridani B et d'une [[naine rouge]] de la séquence principale 40&nbsp;Eridani C. La paire 40&nbsp;Eridani B et C fut découverte par [[William Herschel|Friedrich Wilhelm Herschel]] le 31 janvier 1783<ref>{{article | langue =en | prénom1 =William | nom1 =Herschel | titre = Catalogue of Double Stars | périodique = Philosophical Transactions of the Royal Society of London |lien périodique = Philosophical Transactions of the Royal Society | volume = 75| pages =40–126 | année = 1785 | url texte =http://links.jstor.org/sici?sici=0261-0523(1785)75%3C40%3ACODSBW%3E2.0.CO%3B2-P| consulté le = 2 octobre 2009}}</ref> ; elle fut à nouveau observée par [[Friedrich Georg Wilhelm von Struve]] en 1825 et par [[Otto Wilhelm von Struve]] en 1851<ref>{{article | langue =en | prénom1 = W. H.| nom1 =van den Bos | titre = The orbit and the masses of 40&nbsp;Eridani BC | périodique = Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands |lien périodique = Astronomy and Astrophysics| volume = 3| numéro =98 | pages = 128–132| mois =juillet | année = 1926 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1926BAN.....3..128V | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = W. D.| nom1 =Heintz | titre = Astrometric study of four visual binaries | périodique = [[Astronomical Journal]] | volume = 79| numéro = 7| pages =819–825| éditeur = [[Université de Chicago]] | mois =juillet | année = 1974 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1974AJ.....79..819H | consulté le =2 octobre 2009 }}</ref>. En 1910, [[Henry Norris Russell]], [[Edward Charles Pickering]] and [[Williamina Fleming]] découvrirent que bien qu'elle fût une étoile faible, 40&nbsp;Eridani B était une étoile de [[type spectral]] A, ou encore blanche<ref name="holberg">{{article | langue =en | prénom1 =J. B. | nom1 Holberg= | titre = How Degenerate Stars Came to be Known as White Dwarfs | périodique = [[Bulletin of the American Astronomical Society]] | volume = 37| pages =1503 | éditeur = American Astronomical Society Meeting 207| mois = décembre| année = 2005 | résumé = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005AAS...20720501H | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>. En 1939, Russell se remémorait la découverte<ref name="schatzman">{{ouvrage |langue=en|prénom1=Évry |nom1=Schatzman |lien auteur1= Évry Schatzman|titre=White Dwarfs |éditeur= North-Holland|lieu=Amsterdam |année= 1958}}</ref> :


{{citation|J'étais en visite chez mon ami et généreux bienfaiteur, le Professeur Edward C. Pickering. Avec sa gentillesse caractéristique, il s'était porté volontaire pour observer les spectres de toutes les étoiles, y compris les étoiles de référence, qui avaient été observées dans les études de parallaxe stellaire que Hinks et moi avions faites à Cambridge, et je discutais. Ce travail de routine apparente s'avéra très fructueux : il mena à la découverte que toutes les étoiles de très faible magnitude absolue étaient de type spectral M. En discutant ce sujet (comme je m'en souviens), j'interrogeais Pickering sur certaines autres étoiles faibles, qui ne figuraient pas sur ma liste, en mentionnant en particulier {{nobr|40 Eridani B}}. Avec sa façon caractéristique, il transmit une note au bureau de l'Observatoire, et avant peu, la réponse revint (je crois de Mme Fleming) que le spectre de cette étoile était de type A. J'en savais assez, même en ces temps paléozoïques, pour réaliser instantanément qu'il y avait une inconsistance extrême entre ce que nous aurions alors pu appeler des valeurs "possibles" de la brillance superficielle et de la densité. J'ai du montrer que je n'étais pas seulement perplexe mais déçu de cette exception à ce qui paraissait une règle assez élégante de caractérisation stellaire ; mais Pickering me sourit, et dit : "Ce sont justement ces exceptions qui procurent des avancées de notre connaissance", et ainsi, les naines blanches entrèrent dans le royaume des études !}}
<blockquote>J'étais en visite chez mon ami et généreux bienfaiteur, le Professeur Edward C. Pickering. Avec sa gentillesse caractéristique, il s'était porté volontaire pour observer les spectres de toutes les étoiles, y compris les étoiles de référence, qui avaient été observées dans les études de parallaxe stellaire que Hinks et moi avions faites à Cambridge, et je discutais. Ce travail de routine apparente s'avéra très fructueux : il mena à la découverte que toutes les étoiles de très faible magnitude absolue étaient de type spectral M. En discutant ce sujet (comme je m'en souviens), j'interrogeais Pickering sur certaines autres étoiles faibles, qui ne figuraient pas sur ma liste, en mentionnant en particulier 40&nbsp;Eridani B. Avec sa façon caractéristique, il transmit une note au bureau de l'Observatoire, et avant peu, la réponse revint (je crois de Mme Fleming) que le spectre de cette étoile était de type A. J'en savais assez, même en ces temps paléozoïques, pour réaliser instantanément qu'il y avait une inconsistance extrême entre ce que nous aurions alors pu appeler des valeurs « possibles » de la brillance superficielle et de la densité. J'ai montrer que je n'étais pas seulement perplexe mais déçu de cette exception à ce qui paraissait une règle assez élégante de caractérisation stellaire; mais Pickering me sourit, et dit : « Ce sont justement ces exceptions qui procurent des avancées de notre connaissance », et ainsi, les naines blanches entrèrent dans le royaume des études !</blockquote>


Le type spectral de 40 Eridani fut officiellement décrit en 1914 par [[Walter Sydney Adams|Walter Adams]]<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1914PASP...26..198A An A-Type Star of Very Low Luminosity], Walter S. Adams, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''26''', #155 (Octobre 1914), p. 198.</ref>
Le type spectral de 40&nbsp;Eridani fut officiellement décrit en 1914 par [[Walter Sydney Adams|Walter Adams]]<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Walter S. | nom1 =Adams | titre = An A-Type Star of Very Low Luminosity | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]]| volume = 26| numéro = 155| pages = 198| mois = octobre| année = 1914 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1914PASP...26..198A | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>.


Le compagnon de Sirius (α Canis Majoris), {{nobr|[[α Canis Majoris|Sirius B]]}}, fut découvert ensuite. Dans le courant du XIX° siècle : les mesures des positions de certaines étoiles devinrent assez précises pour mesurer de petits changements dans leur position. [[Friedrich Wilhelm Bessel|Friedrich Bessel]] utilisa justement cette précision dans les mesures pour déterminer les modifications des positions des étoiles Sirius et Procyon ([[α Canis Minoris]]). En 1844, il prédit l'existence des compagnons invisibles de ces deux étoiles<ref name="fwbessel">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1844MNRAS...6..136. On the Variations of the Proper Motions of ''Procyon'' and ''Sirius''], F. W. Bessel, communicated by J. F. W. Herschel, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''6''' (Décembre 1844), pp. 136–141.</ref> :
Le compagnon de Sirius (α&nbsp;Canis Majoris), [[Alpha Canis Majoris|Sirius B]], est découvert ensuite. Dans le courant du {{s-|XIX|e}}, les mesures des positions de certaines étoiles deviennent assez précises pour mesurer de petits changements dans leur position. [[Friedrich Wilhelm Bessel|Friedrich Bessel]] utilise justement cette précision dans les mesures pour déterminer les modifications des positions des étoiles Sirius et Procyon ([[Alpha Canis Minoris|α&nbsp;Canis Minoris]]). En 1844, il prédit l'existence de compagnons invisibles de ces deux étoiles<ref name="fwbessel">{{article | langue =en | prénom1 =F. W. | nom1 =Bessel | titre = On the Variations of the Proper Motions of ''Procyon'' and ''Sirius'' | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]], communiqué par J. F. W. Herschel | volume =6| pages = 136–141| mois = décembre| année = 1844 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1844MNRAS...6..136. | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref> :


<blockquote>Si nous devions regarder Sirius et Procyon comme des étoiles doubles, leurs modifications de mouvement ne nous surprendraient pas : nous les considérerions comme nécessaires ; et n'aurions plus qu'à engager leur observation quantitative. Mais la lumière n'est pas une propriété réelle de la masse. L'existence d'un nombre incalculable d'étoiles visibles ne peut rien prouver contre l'existence d'un nombre incalculable d'étoiles invisibles.</blockquote>
<blockquote>Si nous devions regarder Sirius et Procyon comme des étoiles doubles, leurs modifications de mouvement ne nous surprendraient pas : nous les considèrerions comme nécessaires, et n'aurions plus qu'à engager leur observation quantitative. Mais la lumière n'est pas une propriété réelle de la masse. L'existence d'un nombre incalculable d'étoiles visibles ne peut rien prouver contre l'existence d'un nombre incalculable d'étoiles invisibles.</blockquote>


Bessel approximait la période du compagnon de Sirius à un demi-siècle<ref name="fwbessel" /> [[Christian Heinrich Friedrich Peters|C. H. F. Peters]] calcula son orbite en 1851.<ref name="flammarion">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1877AReg...15..186F The Companion of Sirius], Camille Flammarion, ''The Astronomical Register'' '''15''', #176 (Août 1877), pp. 186–189.</ref>. Ce ne fut que le 31 janvier 1862 qu'[[Alvan Graham Clark]] observa une étoile encore jamais vue, proche de Sirius, identifiée ultérieurement comme le compagnon prédit<ref name="flammarion" />. [[Walter Sydney Adams|Walter Adams]] annonça en 1915 avoir trouvé que le spectre de {{nobr|Sirius B}} était similaire à celui de Sirius<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1915PASP...27..236A The Spectrum of the Companion of Sirius], W. S. Adams, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''27''', #161 (Décembre 1915), pp. 236–237</ref>.
Bessel estime la période du compagnon de Sirius à un demi-siècle<ref name="fwbessel" /> ; [[Christian Heinrich Friedrich Peters|C. H. F. Peters]] calcule son orbite en 1851<ref name="flammarion">{{article | langue =en | prénom1 = Camille | nom1 = Flammarion | titre = The Companion of Sirius | périodique = The Astronomical Register | volume = 15| numéro =176 | pages = 186–189| mois = août| année = 1877 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1877AReg...15..186F| consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>. Ce n'est que le 31 janvier 1862 qu'[[Alvan Graham Clark]] observe une étoile encore jamais vue, proche de Sirius, identifiée ultérieurement comme le compagnon prédit<ref name="flammarion" />. [[Walter Sydney Adams|Walter Adams]] annonce en 1915 avoir trouvé que le spectre de Sirius B est similaire à celui de Sirius<ref>{{article | langue =en | prénom1 = W. S.| nom1 =Adams| titre =The Spectrum of the Companion of Sirius | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume = 27| numéro = 161| pages =236–237 | mois = décembre| année = 1915 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1915PASP...27..236A| consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>.


En 1917, [[Adriaan van Maanen]] découvrit l'[[Étoile de van Maanen]], une naine blanche isolée<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1917PASP...29..258V Two Faint Stars with Large Proper Motion], A. van Maanen, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''29''', #172 (Décembre 1917), pp. 258–259.</ref>. Ces trois naines blanches, les premières découvertes, sont appelées les "naines blanches classiques"<ref name="schatzman" />. Incidemment, de nombreuses étoiles de faible luminosité furent découvertes avec des [[mouvement propre|vitesses propres]] élevées, les indiquant comme suspectes d'être des étoiles à faibles luminosité proches de la Terre, et donc des naines blanches. [[Willem Luyten]] semble avoir été le premier à utiliser la terminologie "naine blanche" lorsqu'il examina cette classe d'étoiles en 1922<ref name="holberg" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34..156L The Mean Parallax of Early-Type Stars of Determined Proper Motion and Apparent Magnitude], Willem J. Luyten, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''34''', #199 (Juin 1922), pp. 156–160.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34...54L Note on Some Faint Early Type Stars with Large Proper Motions], Willem J. Luyten, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''34''', #197 (Février 1922), pp. 54–55.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34..132L Additional Note on Faint Early-Type Stars with Large Proper-Motions], Willem J. Luyten, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''34''', #198 (Avril 1922), p. 132.</ref>{{,}}<ref>[http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-journal_query?volume=34&plate_select=NO&page=356&journal=PASP. Third Note on Faint Early Type Stars with Large Proper Motion], Willem J. Luyten, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''34''', #202 (Décembre 1922), pp. 356–357.</ref>. Le terme fut popularisé ultérieurement par [[Arthur Stanley Eddington]]<ref name="holberg" />{{,}}<ref name="eddington" />.
En 1917, [[Adriaan Van Maanen]] découvre l'[[Étoile de van Maanen]], une naine blanche isolée<ref>{{article | langue =en | prénom1 = A.| nom1 =van Maanen| titre = Two Faint Stars with Large Proper Motion | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume = 29| numéro =172 | pages = 258–259 | mois = décembre| année = 1917 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1917PASP...29..258V| consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>. Ces trois naines blanches, les premières découvertes, sont appelées les « naines blanches classiques »<ref name="schatzman" />. Finalement, de nombreuses étoiles de faible luminosité sont découvertes avec des [[Mouvement propre|mouvements propres]] élevés, les indiquant comme susceptibles d'être des étoiles à faible luminosité proches de la Terre, et donc des naines blanches. [[Willem Luyten]] semble avoir été le premier à utiliser l'expression « naine blanche » lorsqu'il examina cette classe d'étoiles en 1922<ref name="holberg" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Willem J.| nom1 =Luyten| titre = The Mean Parallax of Early-Type Stars of Determined Proper Motion and Apparent Magnitude | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume =34 | numéro = 199| pages =156–160| mois = juin| année = 1922 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34..156L | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Willem J. | nom1 =Luyten| titre = Note on Some Faint Early Type Stars with Large Proper Motions | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume =34 | numéro = 197| pages =54–55 | mois = février| année = 1922 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34...54L | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Willem J. | nom1 =Luyten| titre = Additional Note on Some Faint Early Type Stars with Large Proper Motions | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume =34 | numéro = 197| pages =132| mois = février| année = 1922 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1922PASP...34..132L | consulté le = 2 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Willem J.| nom1 =Luyten| titre =Third Note on Faint Early-Type Stars with Large Proper-Motions | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume = 34| numéro =132 | pages = 356–357| mois =novembre | année = 1922 | url texte = http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-journal_query?volume=34&plate_select=NO&page=356&plate=&cover=&journal=PASP. }}</ref>


Malgré ces soupçons, la première naine blanche "non-classique" ne fut identifiée que dans les années 1930. Dix-huit naines blanches avaient été découvertes en 1939<ref name="schatzman" />. Luyten et d'autres continuèrent de chercher des naines blanches dans les années 40. Vers 1950, plus d'une centaine étaient connues<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1950AJ.....55...86L The search for white dwarfs], W. J. Luyten, ''Astronomical Journal'' '''55''', #1183 (Avril 1950), pp. 86–89.</ref> et fin 1999, on, en connaissait plus de 2000<ref name="villanovar4">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1999ApJS..121....1M A Catalog of Spectroscopically Identified White Dwarfs], George P. McCook and Edward M. Sion, ''The Astrophysical Journal Supplement Series'' '''121''', #1 (Mars 1999), pp. 1–130.</ref>. Depuis lors, le [[Sloan Digital Sky Survey]] en a trouvé plus de 9000, principalement des nouvelles.<ref name="sdssr4">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2006ApJS..167...40E A Catalog of Spectroscopically Confirmed White Dwarfs from the Sloan Digital Sky Survey Data Release 4], Daniel J. Eisenstein et al., ''The Astrophysical Journal Supplement Series'' '''167''', #1 (Novembre 2006), pp. 40–58.</ref>
Malgré ces soupçons, la première naine blanche « non-classique » n'est identifiée que dans les années 1930. En 1939, dix-huit naines blanches ont été découvertes<ref name="schatzman" />. Luyten et d'autres continuent à chercher des naines blanches dans les années 40. Vers 1950, plus d'une centaine sont connues<ref>{{article| langue = en | prénom1 = Willem J. | nom1 = Luyten | titre = The search for white dwarfs| périodique = [[Astronomical Journal]]| volume =55| numéro =1183| jour =| mois =avril| année = 1950| pages =86–89| url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1950AJ.....55...86L| consulté le =3 octobre 2009}}</ref>, et fin 1999, on en connaît plus de 2000<ref name="villanovar4">{{article| langue =en | prénom1 =George P.| nom1 = McCook | nom2 =Edward M. Sion |titre = A Catalog of Spectroscopically Identified White Dwarfs| périodique =The Astrophysical Journal Supplement Series| Astrophysical Journal| volume =121| numéro =1| jour =| mois =mars | année = 1999| pages =1–130| issn =| url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1999ApJS..121....1M| consulté le =3 octobre 2009}}</ref>. Depuis lors, le [[Sloan Digital Sky Survey]] en a trouvé plus de 9000, principalement des nouvelles<ref name="sdssr4">{{article| langue = en | prénom1 =Daniel J.| nom1 =Eisenstein| nom2 = et al.| titre =A Catalog of Spectroscopically Confirmed White Dwarfs from the Sloan Digital Sky Survey Data Release 4| périodique = The Astrophysical Journal Supplement Series| lien périodique =Astrophysical Journal| volume =167| numéro =1| mois =novembre | année = 2006| pages =40–58| issn =| url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/2006ApJS..167...40E| consulté le =3 octobre 2009}}</ref>.


== Processus de formation ==
== Processus de formation ==


On pense qu les naines blanches constituent la forme résiduelle des étoiles de la [[séquence principale]] en [[évolution stellaire|fin de vie]], dont la masse est comprise entre 0,07 à 10 fois celle du Soleil<ref name="cosmochronology" /><ref name="evo">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2003ApJ...591..288H How Massive Single Stars End Their Life], A. Heger, C. L. Fryer, S. E. Woosley, N. Langer, and D. H. Hartmann, ''The Astrophysical Journal'' '''591''', #1 (2003), pp. 288-300.</ref> (masse solaire, M<sub>Sol</sub>), et qui n'ont pas explosé en [[supernova]]. À la fin de leur vie, ces étoiles ont [[fusion (physique)|fusionné]] la plus grande partie de leur [[hydrogène]] en [[hélium]]. Privées de combustible, elles s'effondrent sur elles-mêmes sous l'effet de la [[gravitation]]. La pression et la température du cœur augmentant, la fusion de l'hélium commence, produisant des élément plus lourds et en particulier le [[carbone]]. Cette énergie nouvelle fait gonfler l'étoile, qui devient alors une [[géante rouge]]. Cependant, l'hélium est très rapidement consommé ; lorsque la fusion de l'hélium se termine, la contraction de l'étoile reprend. Sa faible masse ne permettant pas d'atteindre des températures et des pressions suffisantes pour démarrer la fusion du carbone, le cœur s'effondre en une naine blanche, tandis que les couches externes de l'étoile rebondissent violemment sur cette surface solide et sont projetées dans l'espace sous forme de [[nébuleuse planétaire]].
On pense que les naines blanches constituent la forme résiduelle en [[évolution stellaire|fin de vie]] des étoiles de la [[séquence principale]] dont la masse est comprise entre 0,07 à 10 masses solaires, M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref name="cosmochronology" />{{,}}<ref name="evo">
{{article| langue = en | prénom1 =A.| nom1 = Heger| prénom2 =C. L.| nom2 = Fryer| prénom3 = S. E.| nom3 = Woosley| prénom4 =N.| nom4 = Langer | prénom5 =D. H.| nom5 = Hartmann| titre = How Massive Single Stars End Their Life| périodique = The Astrophysical Journal| lien périodique = Astrophysical Journal| volume =591| numéro =1| année = 2003| pages =288-300| url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/2003ApJ...591..288H| consulté le =3 octobre 2009}}</ref>, et qui n'ont pas explosé en [[supernova]]. À la fin de leur vie, ces étoiles ont [[fusion (physique)|fusionné]] la plus grande partie de leur [[hydrogène]] en [[hélium]]. Privées de combustible, elles s'effondrent sur elles-mêmes sous l'effet de la [[gravitation]]. La pression et la température du cœur augmentant, la fusion de l'hélium commence, produisant des élément plus lourds et en particulier le [[carbone]]. Cette énergie nouvelle fait gonfler l'étoile, qui devient alors une [[géante rouge]]. Cependant, l'hélium est très rapidement consommé ; lorsque la fusion de l'hélium se termine, la contraction de l'étoile reprend. Sa faible masse ne permettant pas d'atteindre des températures et des pressions suffisantes pour démarrer la fusion du carbone, le cœur s'effondre en une naine blanche, tandis que les couches externes de l'étoile rebondissent violemment sur cette surface solide et sont projetées dans l'espace sous forme de [[nébuleuse planétaire]].
Le résultat de ce processus est donc une naine blanche très chaude entourée d'un nuage de gaz composé essentiellement de l'hydrogène et de l'hélium non consommé dans la fusion (et d'un peu de carbone). Cette naine blanche se refroidit ensuite très lentement en [[naine noire]].
Le résultat de ce processus est donc une naine blanche très chaude entourée d'un nuage de gaz composé essentiellement de l'hydrogène et de l'hélium non consommés dans la fusion (et d'un peu de carbone). Cette naine blanche se refroidit ensuite très lentement en [[naine noire]].


== Composition ==
== Composition ==
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=== Etoiles de très faible masse ===
=== Etoiles de très faible masse ===


Une étoile de la séquence principale dont la masse est inférieure à approximativement 0,5&nbsp;M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub> ne deviendra jamais assez chaude pour amorcer la fusion de l'hélium dans son cœur. On pense que sur une durée excédant l'âge de l'Univers (~13,7 milliards d'années<ref name="aou"/>), ce type d'étoiles brûlera finalement la totalité de son hydrogène et achèvera son évolution en une naine blanche d'hélium, principalement composée de noyaux d'[[hélium]]&nbsp;4<ref>
Une étoile de la séquence principale dont la masse est inférieure à approximativement 0,5 M<sub>Sol</sub> ne deviendra jamais assez chaude pour engager la fusion de l'hélium dans son coeur. On pense que sur une durée excédant l'âge de l'Univers (~13,7 milliards d'années<ref name="aou"/>), ce type d'étoiles brûlera finalement la totalité de son hydrogène et achèvera son évolution en une naine blanche d'hélium, principalement composée de noyaux d'[[Hélium]]-4<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ...482..420L The End of the Main Sequence], Gregory Laughlin, Peter Bodenheimer, and Fred C. Adams, ''Astrophysical Journal'' '''482''', #1 (10 juin 1997), pp. 420–432.</ref>. Le temps nécessaire à ce processus conduit à penser quil n'est pas à l'origine des naines blanches d'hélium observées. On pense plutôt qu'elles résultent d'un transfert de masse dans un système binaire<ref name="rln"/>{{,}}<ref name="apj606_L147"/>{{,}}<ref name="he2"/>{{,}}<ref name="sj">[http://www.arm.ac.uk/~csj/astnow.html Stars Beyond Maturity], Simon Jeffery, article en ligne, consulté le 3 mai 2007</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2001AN....322..405S Helium core white dwarf evolution—including white dwarf companions to neutron stars], M. J. Sarna, E. Ergma, and J. Gerskevits, ''Astronomische Nachrichten'' '''322''', #5/6 (Décembre 2001), pp. 405–410.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005MNRAS.362..891B The formation of helium white dwarfs in close binary systems - II], O. G. Benvenuto, M. A. De Vito, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''362''', #3 (Septembre 2005), pp. 891–905.</ref> ou bien à une perte de masse provenant d'un gros compagnon planétaire<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1998A%26A...335L..85N Formation of undermassive single white dwarfs and the influence of planets on late stellar evolution], G. Nelemans and T. M. Tauris, ''Astronomy and Astrophysics'' '''335''' (Juillet 1998), pp. L85–L88.</ref>{{,}}<ref>{{cite news| url=http://space.newscientist.com/article/mg19726394.900-planet-diet-helps-white-dwarfs-stay-young-and-trim.html| title= Planet diet helps white dwarfs stay young and trim| date= 18 janvier 2008| publisher= NewScientist.com news service}}</ref>
{{article| langue = en | prénom1 =Gregory | nom1 =Laughlin | prénom2 =Peter | nom2 =Bodenheimer | prénom3 =Fred C. | nom3 = Adams| titre = The End of the Main Sequence| périodique = [[Astrophysical Journal]]| volume =482| numéro =1| jour =| mois =juin| année = 1997| pages =420–432| url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ...482..420L| consulté le =3 octobre 2009}}</ref>. Le temps nécessaire à ce processus conduit à penser qu'il n'est pas à l'origine des naines blanches d'hélium observées. On pense plutôt qu'elles résultent d'un transfert de masse dans un système binaire<ref name="rln"/>{{,}}<ref name="apj606_L147"/>{{,}}<ref name="he2"/>{{,}}<ref name="sj">
{{en}}{{Lien web | url = http://www.arm.ac.uk/~csj/astnow.html | titre = Beyond Maturity : Stellar Evolution Beyond the Main Sequence | auteur = Simon Jeffery | année = 1998 | consulté le =3 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = M. J.| nom1 = Sarna|nom2 = E. Ergma, and J. Gerškevits| titre = Helium core white dwarf evolution—including white dwarf companions to neutron stars | périodique = [[Astronomische Nachrichten]] | volume =32 | numéro = 5-6| pages = 405–410 | mois =décembre | année = 2001 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2001AN....322..405S| consulté le = 3 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =O. G. | nom1 = Benvenuto|nom2 =M. A. De Vito | titre = The formation of helium white dwarfs in close binary systems - II | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume =362 | numéro = 3| pages =891–905| mois = septembre| année = 2005 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005MNRAS.362..891B| consulté le = 3 octobre 2009 }}</ref>, ou bien à une perte de masse provenant d'un gros compagnon planétaire<ref>{{article | langue =en | prénom1 =G. | nom1 =Nelemans |nom2 =T. M. Tauris | titre = Formation of undermassive single white dwarfs and the influence of planets on late stellar evolution | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | volume =335 | pages =L85–L88 | mois =juillet | année =1998 |url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1998A%26A...335L..85N| consulté le = 3 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{en}} {{Lien web | url =http://space.newscientist.com/article/mg19726394.900-planet-diet-helps-white-dwarfs-stay-young-and-trim.html | titre = Planet diet helps white dwarfs stay young and trim | auteur = news service | mois = janvier | année = 2008 | éditeur = NewScientist | consulté le =3 octobre 2009 }}</ref>.


=== Étoiles de masse intermédiaire ===
=== Étoiles de masse intermédiaire ===


Si la masse d'une étoile de la séquence principale se situe entre à peu près 0,5 et 8 M<sub>Sol</sub>, son coeur s'échauffera suffisamment pour fusionner l'[[hélium]] en [[carbone]] et en [[oxygène]] au moyen du processus de "[[réaction triple alpha]]", mais il ne parviendra jamais à une température suffisamment élevée pour fusionner le [[carbone]] en [[néon]]. Vers la fin de la période où elle procède aux réactions de fusion, une telle étoile disposera d'un coeur de carbone-oxygène n'engageant plus de réaction de fusion, entouré d'un noyau intérieur d'hélium en fusion, ainsi que d'un noyau extérieur d'hydrogène lui aussi en fusion. Sur le diagramme d'Hertzsprung-Russell, elle se situera sur la ''[[branche asymptotique des géantes]]''. Elle expulsera alors la majeure partie de son enveloppe externe, créant ainsi une [[nébuleuse]], jusqu'à ce que seul demeure le coeur de carbone-oxygène. Ce processus est à l'origine des naines blanches de carbone-oxygène qui constituent la grande majorité des naines blanches observées<ref name="sj" /><ref name="vd1">[http://www.shef.ac.uk/physics/people/vdhillon/teaching/phy213/phy213_lowmass.html the evolution of low-mass stars], Vik Dhillon, lecture notes, Physics 213, University of Sheffield, consulté le 3 mai 2007</ref>{{,}}<ref name="vd2">[http://www.shef.ac.uk/physics/people/vdhillon/teaching/phy213/phy213_highmass.html the evolution of high-mass stars], Vik Dhillon, lecture notes, Physics 213, University of Sheffield, consulté le 3 mai 2007</ref>.
Si la masse d'une étoile de la séquence principale se situe entre à peu près 0,5 et 8 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>, son cœur s'échauffera suffisamment pour permettre la fusion de l'[[hélium]] en [[carbone]] et en [[oxygène]] à partir du processus de « [[réaction triple alpha]] », mais il ne parviendra jamais à une température suffisamment élevée pour fusionner le [[carbone]] en [[néon]]. Vers la fin de la période où elle procède aux réactions de fusion, une telle étoile disposera d'un cœur de carbone-oxygène n'engageant plus de réaction de fusion, entouré d'un noyau intérieur d'hélium en fusion, ainsi que d'un noyau extérieur d'hydrogène lui aussi en fusion. Sur le diagramme d'Hertzsprung-Russell, elle se situera sur la ''[[branche asymptotique des géantes]]''. Elle expulsera alors la majeure partie de son enveloppe externe, créant ainsi une [[nébuleuse]], jusqu'à ce que seul demeure le cœur de carbone-oxygène. Ce processus est à l'origine des naines blanches de carbone-oxygène qui constituent la grande majorité des naines blanches observées<ref name="sj" />{{,}}<ref name="vd1">{{en}} {{Lien web | url = http://www.shef.ac.uk/physics/people/vdhillon/teaching/phy213/phy213_lowmass.html | titre =The evolution of low-mass stars - lecture notes, Physics 213| auteur = Vik Dhillon| éditeur = University of Sheffield| consulté le = 3 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref name="vd2">{{en}} {{Lien web | url = http://www.shef.ac.uk/physics/people/vdhillon/teaching/phy213/phy213_lowmass.html | titre =The evolution of high-mass stars - lecture notes, Physics 213| auteur = Vik Dhillon| éditeur = University of Sheffield| consulté le = 3 octobre 2009}}</ref>.


=== Étoiles de masse intermédiaire à élevée ===
=== Étoiles de masse intermédiaire à élevée ===


Si une étoile est suffisamment massive, son coeur parviendra finalement à une température suffisamment élévée pour fusionner le cabone en néon, puis le néon en fer. Une telle étoile ne deviendra pas une naine blanche, parce que la masse de son coeur central, qui n'est pas en fusion, et qui supporte la [[pression de dégénérescence des électrons]], finira par excéder la masse maximum supportable par la pression de dégénérescence. A ce stade, le coeur de l'étoile va [[effondrement gravitationnel|s'effondrer]] et elle va exploser en une {{Lien|fr=Supernova de type II|lang= en|trad=Core-collapse supernova}} qui laisse comme rémanent une [[étoile à neutrons]], un [[trou noir]], ou peut-être encore, une [[étoile compacte]] d'une forme encore plus exotique<ref name="evo" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005JPhG...31S.651S Strange quark matter in stars: a general overview], Jürgen Schaffner-Bielich, ''Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics'' '''31''', #6 (2005), pp. S651–S657; also [http://arxiv.org/abs/astro-ph/0412215v1 arXiv:astro-ph/0412215v1]</ref>. Certaines étoiles de la séquence principale, d'une masse de l'ordre de 8 à 10 M<sub>Sol</sub>, bien que suffisamment massive pour [[combustion du carbone (réaction de fusion nucléaire)|fusionner le carbone en néon et en magnésium]], peuvent être d'une masse insuffisante pour engager la [[combustion du néon (réaction de fusion nucléaire)|fusion du néon]]. Une telle étoile peut laisser un rémanent de naine blanche composée principalement d'[[oxygène]], [[néon]] et [[magnésium]], à condition que son coeur ne s'effondre pas et à condition que la fusion ne se produise pas avec une telle violence que l'étoile soit soufflée en une [[supernova]]<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1984ApJ...277..791N Evolution of 8–10 solar mass stars toward electron capture supernovae. I - Formation of electron-degenerate O + Ne + Mg cores], Ken'ichi Nomoto, ''The Astrophysical Journal'' '''277''' (15 février 1984), pp. 791–805.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2002RvMP...74.1015W The evolution and explosion of massive stars], S. E. Woosley, A. Heger, and T. A. Weaver, ''Reviews of Modern Physics'' '''74''', #4 (Octobre 2002), pp. 1015–1071.</ref>. Bien que quelques naines blanches isolées aient été identifiées comme pouvant relever de ce type, la plupart des preuves d'existence de telles étoiles proviennent de novae appelées ''ONeMg'', ou ''novae à Néon''. le spectre de ces [[nova]]e présente en abondance le néon, le magnésium et d'autres éléments de masse intermédiaire qui n'apparaissent comme explicable que par l'accrétion de matière par une naine blanche à oxygène-néon-mMagnésium<ref name="oxne" /><ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A&A...421.1169W Chandra and FUSE spectroscopy of the hot bare stellar core H 1504+65], K. Werner, T. Rauch, M. A. Barstow, and J. W. Kruk, ''Astronomy and Astrophysics'' '''421''' (2004), pp. 1169–1183.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1994ApJ...425..797L On the interpretation and implications of nova abundances: an abundance of riches or an overabundance of enrichments], Mario Livio and James W. Truran, ''The Astrophysical Journal'' '''425''', #2 (Avril 1994), pp. 797–801.</ref>.
Si une étoile est suffisamment massive, son cœur parviendra finalement à une température suffisamment élevée pour amorcer la fusion du carbone en néon, puis du néon en fer. Une telle étoile ne deviendra pas une naine blanche, parce que la masse de son cœur central, qui n'est pas en fusion, et qui supporte la [[pression de dégénérescence des électrons]], finira par excéder la masse maximum supportable par la pression de dégénérescence. A ce stade, le cœur de l'étoile va [[effondrement gravitationnel|s'effondrer]] et elle va exploser en une [[supernova#Classification spectrale|supernova de type II]] par effondrement du cœur, qui laisse comme résidu une [[étoile à neutrons]], un [[trou noir]], ou peut-être encore, une [[étoile compacte]] d'une forme encore plus exotique<ref name="evo" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Jürgen| nom1 = Schaffner-Bielich | titre = Strange quark matter in stars: a general overview | périodique = Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics | lien périodique = Liste des périodiques en physique#Périodiques généraux|volume = 31| numéro =6 | pages = S651-S658| éditeur = Institute of Physics (G.-B.)| mois = juin| année = 2005 | doi =10.1088/0954-3899/31/6/004 | url texte = http://arxiv.org/abs/astro-ph/0412215v1| résumé = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005JPhG...31S.651S| consulté le = 3 octobre 2009 }}</ref>. Certaines étoiles de la séquence principale, d'une masse de l'ordre de 8 à 10 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>, bien que suffisamment massives pour amorcer la [[combustion du carbone (réaction de fusion nucléaire)|fusion du carbone]] en néon et en magnésium, peuvent être d'une masse insuffisante pour engager la [[combustion du néon (réaction de fusion nucléaire)|fusion du néon]]. Une telle étoile peut laisser un résidu de naine blanche composée principalement d'[[oxygène]], [[néon]] et [[magnésium]], à condition que son cœur ne s'effondre pas et à condition que la fusion ne se produise pas avec une telle violence que l'étoile soit soufflée en une [[supernova]]<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Ken'ichi | nom1 =Nomoto | titre = Evolution of 8–10 solar mass stars toward electron capture supernovae. I - Formation of electron-degenerate O + Ne + Mg cores | périodique = The [[Astrophysical Journal]] | volume = 277| pages =791–805 | mois =février | année = 1984 | doi = 10.1086/161749 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1984ApJ...277..791N | consulté le = 3 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = S. E.| nom1 = Woosley| nom2 = A. Heger et T. A. Weaver| titre =The evolution and explosion of massive stars | périodique = [[Reviews of Modern Physics]] | volume = 74 | numéro = 4 | mois = octobre | année = 2002 | pages = 1015–1071 | résumé = http://adsabs.harvard.edu/abs/2002RvMP...74.1015W | doi = http://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.74.1015 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>. Bien que quelques naines blanches isolées aient été identifiées comme pouvant relever de ce type, la plupart des preuves d'existence de telles étoiles proviennent de novæ appelées ''ONeMg'', ou ''novæ à néon''. le spectre de ces [[nova|novæ]] présente en abondance le néon, le magnésium et d'autres éléments de masse intermédiaire qui n'apparaissent comme explicables que par l'accrétion de matière par une naine blanche à oxygène-néon-magnésium<ref name="oxne" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = K. | nom1 = Werner| nom2 = T. Rauch, M. A. Barstow et J. W. Kruk| titre = Chandra and FUSE spectroscopy of the hot bare stellar core H 1504+65 | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | volume = 421 | année = 2004 | pages = 1169–1183 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A&A...421.1169W | doi =10.1051/0004-6361:20047154 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Mario| nom1 =Livio | nom2 = James W. Truran| titre = On the interpretation and implications of nova abundances : an abundance of riches or an overabundance of enrichments | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 42 | numéro = 2 | mois = avril | année =1994 | pages = 797–801 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1994ApJ...425..797L | doi = 10.1086/174024 | consulté le = }}</ref>.


== Caractéristique physique ==
== Caractéristiques physiques ==
=== {{Lien|fr=Pression de dégénérescence de l'électron|lang=en|trad=Electron degeneracy pressure|text=Pression de dégénérescence des électrons}} ===


=== Pression de dégénérescence des électrons ===
Les naines blanches sont des astres dégénérés, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent se maintenir que grâce à des [[physique quantique|effets quantiques]]. En l'absence de ces effets, rien ne viendrait stopper l'effondrement de la naine blanche et elle deviendrait un [[trou noir]]. Mais lorsque cet effondrement a lieu, les [[électron]]s des atomes de carbone constituant l'étoile se trouvent de plus en plus proches les uns des autres (au sens quantique du terme). Lorsque le diamètre de la naine blanche est suffisamment petit, les électrons occupent alors l'ensemble des niveaux d'énergie quantiques à leur disposition : deux électrons de [[spin]] opposés se trouvent alors dans chaque niveau d'énergie. À partir de cet instant, la naine blanche ne peut plus s'effondrer, sauf si sa masse est supérieure à 1,4 masse solaire. Dans le cas contraire, le [[principe d'exclusion de Pauli]], qui stipule que deux [[fermion]]s (donc par conséquent 2 électrons) ne peuvent coexister dans deux états quantiques identiques, empêche les électrons de l'étoile de former un édifice plus compact (il ne peut y avoir plus de 2 électrons par niveau atomique). Ainsi, par les effets quantiques, une force s'opposant à la gravitation, appelée "pression de dégénérescence des fermions", apparaît.


Nous verrons {{infra|quantique}} que les naines blanches sont des astres dégénérés, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent se maintenir que grâce à des [[physique quantique|effets quantiques]]. En l'absence de ces effets, rien ne viendrait stopper l'effondrement de la naine blanche et elle deviendrait un [[trou noir]]. Mais lorsque cet effondrement a lieu, les [[électron]]s des atomes de carbone constituant l'étoile se trouvent de plus en plus proches les uns des autres (au sens quantique du terme).
Si la naine blanche possède une masse supérieure à 1,4 masse solaire, la pression de dégénérescence des électrons n'est pas suffisante pour contrecarrer la gravitation : les électrons se combinent alors avec les protons pour former des neutrons (le principe d'exclusion de Pauli n'est donc pas violé), qui provoquent eux-aussi l'apparition d'une pression de dégénérescence, pouvant maintenir l'astre sous forme d'une [[étoile à neutrons]]. Enfin, si l'astre est trop massif, rien n'empêche son effondrement et l'on obtient un [[trou noir]].

Si la naine blanche possède une masse supérieure à 1,4 masse solaire, cette pression de dégénérescence des électrons n'est plus suffisante pour contrecarrer la gravitation : les électrons se combinent alors avec les protons en neutrons, formant une [[étoile à neutrons]]. Mais si l'astre est trop massif, rien n'empêche son effondrement et l'on obtient un [[trou noir]].


=== Densité et composition ===
=== Densité et composition ===


Bien qu'il existe des naines blanches dont des masses sont estimées aussi faibles que 0,17 M<sub>Sol</sub><ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJ...660.1451K The Lowest Mass White Dwarf], Mukremin Kulic, Carlos Allende Prieto, Warren R. Brown, and D. Koester, ''The Astrophysical Journal'' '''660''', #2 (Mai 2007), pp. 1451–1461</ref> et d'autres aussi élevées que 1,33 M<sub>Sol</sub><ref name="sdsswd">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007MNRAS.375.1315K White dwarf mass distribution in the SDSS], S. O. Kepler, S. J. Kleinman, A. Nitta, D. Koester, B. G. Castanheira, O. Giovannini, A. F. M. Costa, and L. Althaus, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' ''375'', #4 (Mars 2007), pp. 1315–1324.</ref>, la distribution de leur masse forme un pic clairement centré à 0,6 M<sub>Sol</sub>, et la majorité se trouve dans une fourchette de 0,5 à 0,7 M<sub>Sol</sub><ref name="sdsswd" />. Les rayons estimés des naines blanches observées, cependant, sont typiquement de 0,008 à 0,02 fois le [[rayon solaire]] (R<sub>Sol</sub>)<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1979ApJ...228..240S Masses and radii of white-dwarf stars. III - Results for 110 hydrogen-rich and 28 helium-rich stars], H. L. Shipman, ''The Astrophysical Journal'' '''228''' (15 février 1979), pp. 240–256</ref> ; c'est comparable au rayon de la Terre, approximativement 0,009 R<sub>Sol</sub>. Une naine blanche renferme donc une masse comparable à celle du Soleil dans un volume qui est typiquement de millions de fois inférieur à celui du Soleil ; la densité moyenne d'une naine blanche doit donc être, très approximativement, un million de fois supérieure à la densité moyenne du Soleil, soit approximativement 10<sup>6</sup> [[gramme]]s (ou encore 1 [[tonne]]) par [[centimètre cube]]<ref name="osln" />. Les naines blanches sont constituées de l'une des plus denses des matières connues, seulement dépassée par celle d'autres [[étoile compacte|étoiles compactes]], telles que les [[étoile à neutrons|étoiles à neutrons]], les [[trou noir|trous noirs]], et les hypothétiques [[étoile à quarks|étoiles à quarks]]<ref>''[http://epubl.luth.se/1402-1757/2005/25/LTU-LIC-0525-SE.pdf Exotic Phases of Matter in Compact Stars]'', Fredrik Sandin, licentiate thesis, Luleå University of Technology, 8 mai 2005.</ref>.
Bien qu'il existe des naines blanches dont des masses sont estimées aussi faibles que 0,17 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref>{{article | langue =en | prénom1 = Mukremin| nom1 = Kulic | nom2 = Carlos Allende Prieto, Warren R. Brown, et D. Koester | titre = The Lowest Mass White Dwarf | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 660 | numéro = 2 | mois = mai | année = 2007 | pages = 1451–1461 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJ...660.1451K | doi = 10.1086/514327 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref> et d'autres aussi élevées que 1,33 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref name="sdsswd">{{article | langue =en | prénom1 = S. O. | nom1 =Kepler | nom2 =S. J. Kleinman, A. Nitta, D. Koester, B. G. Castanheira, O. Giovannini, A. F. M. Costa, et L. Althaus | titre = White dwarf mass distribution in the SDSS | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = 375 | numéro = 4 | mois = mars | année = 2007 | pages = 1315–1324 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2007MNRAS.375.1315K | doi = 10.1111/j.1365-2966.2006.11388.x | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>, la distribution de leurs masses forme un pic clairement centré à 0,6 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>, et la majorité se trouve dans une fourchette de 0,5 à 0,7 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref name="sdsswd" />. Les rayons estimés des naines blanches observées, cependant, sont typiquement de 0,008 à 0,02 fois le [[rayon solaire]] R<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref>{{article | langue =en | prénom1 = H. L.| nom1 = Shipman| titre = Masses and radii of white-dwarf stars. III - Results for 110 hydrogen-rich and 28 helium-rich stars | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 228 | numéro = | mois = février | année = 1979 | pages = 240–256 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1979ApJ...228..240S | doi = 10.1086/156841 | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref> ; c'est comparable au rayon de la Terre, approximativement 0,009 R<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>. Une naine blanche renferme donc une masse comparable à celle du Soleil dans un volume qui est typiquement des millions de fois inférieur à celui du Soleil ; la densité moyenne d'une naine blanche doit donc être, très approximativement, un million de fois supérieure à la densité moyanne du Soleil, soit approximativement 10<sup>6</sup> [[gramme]]s (ou encore 1 [[tonne]]) par [[centimètre cube]]<ref name="osln" />. Les naines blanches sont constituées de l'une des plus denses des matières connues, seulement dépassée par celle d'autres [[étoile compacte|étoiles compactes]], telles que les [[étoile à neutrons|étoiles à neutrons]], les hypothétiques [[étoile à quarks|étoiles à quarks]]<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://epubl.luth.se/1402-1757/2005/25/LTU-LIC-0525-SE.pdf | titre = Exotic Phases of Matter in Compact Stars | auteur = Fredrik Sandin | série = licentiate thesis | année = 2005 | mois = mai | site = Luleå University of Technology | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref> et les [[trou noir|trous noirs]], pour autant que l'on puisse parler de densité pour ces derniers.


La découverte de l'extrême densité des naines blanche a suivi de peu leur propre découverte. Si une étoile relève d'un [[système binaire]], comme dans le cas de {{nobr|Sirius B}} et de {{nobr|40 Eridani B}}, il est possible d'estimer sa masse à partir des observations des orbites respectives des deux corps constituants le système. Ceci fut fait pour {{nobr|Sirius B}} en 1910<ref>''Preliminary General Catalogue'', L. Boss, Washington, D.C.: Carnegie Institution, 1910.</ref>, conduisant à estimer sa masse à 0,94 M<sub>Sol</sub>. Une estimation plus moderne l'évalue à 1 M<sub>Sol</sub><ref name="apj_630">[http://adsabs.harvard.edu/abs/w2005ApJ...630L..69L The Age and Progenitor Mass of {{nobr|Sirius B}}], James Liebert, Patrick A. Young, David Arnett, J. B. Holberg, and Kurtis A. Williams, ''The Astrophysical Journal'' '''630''', #1 (Septembre 2005) pp. L69–L72.</ref>. Les corps chauds rayonnant plus que les corps froids, la brillance de la surface d'une étoile peut être estimée à partir de sa {{Lien |fr = Température de surface effective |lang = en |trad = Effective temperature |texte= température de surface effective}}, et ainsi, à partir de son [[spectre]]. Si l'on connaît la distance de l'étoile, on peut aussi estimer sa luminosité totale. La comparaison de ces deux chiffres conduit au rayon de l'étoile. Cette sorte de raisonnement a conduit à réaliser, à la grande perplexité des astronomes de l'époque, que {{nobr|Sirius B}} et {{nobr|40 Eridani B}} devaient être très denses. Par exemple lorsque [[Ernst Öpik]] estima en 1916 la densité d'un certain nombre d'étoiles binaires visuelles, il trouva que {{nobr|40 Eridani B}} avait une densité supérieure à 25000 fois celle du Soleil, si élevée qu'il la déclara "impossible"<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1916ApJ....44..292O The Densities of Visual Binary Stars], E. Öpik, ''The Astrophysical Journal'' '''44''' (Décembre 1916), pp. 292–302.</ref>. Comme [[Arthur Stanley Eddington]] l'indiqua plus tard, en 1927<ref>''Stars and Atoms'', A. S. Eddington, Oxford: Clarendon Press, 1927.</ref> : <blockquote>Nous apprenons au sujet des étoiles en recevant et en interprétant les messages que leur lumière nous apporte. Lorsqu'on l'a décomposé, le message du compagnon de Sirius disait : "Je suis composé d'une matière 3000 fois plus dense que tout ce que vous avez pu rencontrer jusqu'ici ; une tonne de ma matière serait une petite pépite que vous pourriez déposer dans une boîte d'allumette." Que peut-on répondre à un tel message ? La réponse de la plupart d'entre nous, en 1914, fut : "Tais-toi ! Ne dis pas de bêtises !"</blockquote>
La découverte de l'extrême densité des naines blanche a suivi de peu la découverte de leur existence même. Si une étoile relève d'un [[système binaire]], comme dans le cas de Sirius B et de 40&nbsp;Eridani B, il est possible d'estimer sa masse à partir des observations des orbites respectives des deux corps constituant le système. Ceci fut fait pour Sirius B en 1910<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= L. |nom1=Boss |titre=Preliminary General Catalogue |éditeur= Carnegie Institution|lieu = Washington, D.C. (E.-U.)|année=1910 }}</ref>, conduisant à estimer sa masse à 0,94&nbsp;M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>. Une estimation plus moderne l'évalue à 1 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub><ref name="apj_630">{{article | langue =en | prénom1 = James | nom1 = Liebert| nom2 = Patrick A. Young, David Arnett, J. B. Holberg, et Kurtis A. Williams| titre = The Age and Progenitor Mass of {{nobr|Sirius B}} | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 630 | numéro = 1 | mois = septembre | année = 2005| pages = L69–L72| url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ...630L..69L | doi = 10.1086/462419 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>. Les corps chauds rayonnant plus que les corps froids, la brillance de la surface d'une étoile peut être estimée à partir de sa [[Transfert de rayonnement#Température effective d'une étoile|température effective de surface]], et ainsi, à partir de la forme de son [[spectre]]. Si l'on connaît la distance de l'étoile, on peut aussi estimer sa luminosité totale. La comparaison de ces deux chiffres conduit au rayon de l'étoile. Cette sorte de raisonnement a conduit à réaliser, à la grande perplexité des astronomes de l'époque, que Sirius B et 40&nbsp;Eridani B devaient être très denses. Par exemple lorsque [[Ernst Öpik]] estima en 1916 la densité d'un certain nombre d'étoiles binaires visuelles, il trouva que 40&nbsp;Eridani B avait une densité supérieure à 25000 fois celle du Soleil, si élevée qu'il la déclara « impossible »<ref>{{article | langue =en | prénom1 = E.| nom1 = Öpik | titre = The Densities of Visual Binary Stars | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | éditeur = | volume = 44 | numéro = | mois = décembre | année = 1916| pages = 292–302 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1916ApJ....44..292O | doi = 10.1086/142296 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. Comme [[Arthur Stanley Eddington]] l'indiqua plus tard, en 1927<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= Arthur Stanley|nom1= Eddington |titre= Stars and Atoms |éditeur= Clarendon Press | lieu = Oxford|année= 1927 }}</ref> : <blockquote>Nous apprenons au sujet des étoiles en recevant et en interprétant les messages que leur lumière nous apporte. Lorsqu'on l'a décomposé, le message du compagnon de Sirius disait : « Je suis composé d'une matière 3000 fois plus dense que tout ce que vous avez pu rencontrer jusqu'ici ; une tonne de ma matière serait une petite pépite que vous pourriez déposer dans une boîte d'allumette. » Que peut-on répondre à un tel message ? La réponse de la plupart d'entre nous, en 1914, fut : « Tais-toi ! Ne dis pas de bêtises ! »</blockquote>


Comme Eddington le soulignait en 1924, des densités de cet ordre impliquent, selon la théorie de la [[relativité générale]], que
Comme Eddington le soulignait en 1924, des densités de cet ordre impliquent, selon la théorie de la [[relativité générale]], que la lumière de {{nobr|Sirius B}} devraient [[décalage d'Einstein|gravitationnellement décalée vers le rouge]]<ref name="eddington">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1924MNRAS..84..308E On the relation between the masses and luminosities of the stars], A. S. Eddington, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''84''' (Mars 1924), pp. 308–332.</ref>. Ceci se confirma en 1925 lorsque Adams mesura le décalage vers le rouge<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1925PNAS...11..382A The Relativity Displacement of the Spectral Lines in the Companion of Sirius], Walter S. Adams, ''Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America'' '''11''', #7 (Juillet 1925), pp. 382–387.</ref>.
la lumière de Sirius B devraient être [[décalage d'Einstein|gravitationnellement décalée]] vers le rouge<ref name="eddington">{{article | langue =en | prénom1 = A. S.| nom1 = Eddingto | titre = On the relation between the masses and luminosities of the stars | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = 84 | mois = mars | année = 1924| pages = 308–332 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1924MNRAS..84..308E | consulté le =4 octobre 2009}}</ref>. Ceci se confirma en 1925 lorsqu'Adams mesura le décalage vers le rouge<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Walter S. | nom1 =Adams | nom2 = | titre =The Relativity Displacement of the Spectral Lines in the Companion of Sirius | périodique = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | lien périodique = Proceedings of the National Academy of Sciences | volume = 11 | numéro = 7 | mois = juillet | année = 1925 | pages = 382–387 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1925PNAS...11..382A | doi = 10.1073/pnas.11.7.382 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>.


De telles densités sont possibles parce que la matière des naines blanches n'est pas composée d'[[atome]]s liés par des [[liaison chimique|liaisons chimiques]], mais consiste plutôt en un [[plasma (physique)|plasma]] de [[noyau atomique|noyaux]] sans liaison et d'[[électron]]s. Il n' y a de ce fait aucun obstacle à placer les noyaux plus près les uns des autres que les [[orbitale atomique|orbitales électroniques]], les régions occupées par les électrons liés à un atome, ne le permet normalement<ref name="eddington" />. Eddington, cependant, se demanda ce qui adviendrait lorsque ce plasma se refroidirait et que l'énergie qui maintenait ensemble les atomes ne serait plus présente<ref name="fowler">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1926MNRAS..87..114F On Dense Matter], R. H. Fowler, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''87''' (1926), pp. 114–122.</ref>. Ce paradoxe fut levé en 1926 par [[Ralph H. Fowler]] par l'application de la [[mécanique quantique]] récemment élaborée. Puisque les électrons obéissent au [[principe d'exclusion de Pauli]], deux électrons ne peuvent occuper le même [[état quantique]], et ils doivent obéir à la [[statistique de Fermi-Dirac]], elle aussi publiée en 1926, pour déterminer la distribution statistique qui satisfait le principe d'exclusion de Pauli<ref>[http://links.jstor.org/sici?sici=0080-4630%2819800610%29371%3A1744%3C8%3ATDOTQM%3E2.0.CO%3B2-K The Development of the Quantum Mechanical Electron Theory of Metals: 1900-28], Lillian H. Hoddeson and G. Baym, ''Proceedings of the Royal Society of London, Series A, Mathematical and Physical Sciences'' '''371''', #1744 (10 juin 1980), pp. 8–23.</ref>. À la température de zéro degré absolu, les électrons ne pouvaient pas tous occuper l'état d'énergie minimum ou ''[[état fondamental]] ; certains d'entre eux étaient contraint d'occuper des niveaux d'énergie supérieure formant une bande des plus basses énergies disponibles, la ''[[liquide de Fermi|mer de Fermi]]''. Cet état des électrons, appelé la ''[[matière dégénérée|dégénéré]]'', signifiait qu'une naine blanche pouvait se refroidir jusqu'au zéro absolu et posséder encore une énergie élevée. Une autre façon de parvenir à ce résultat provient de l'utilisation du [[principe d'incertitude]] ; la densité élevée des électrons d'une naine blanche entraîne que leur position est relativement localisée, créant une incertitude correspondante de leur moment. Ceci signifie que quelques électrons ont un moment élevé et de ce fait, une énergie cinétique importante<ref name="fowler" />{{,}}<ref name="scibits" />
De telles densités sont possibles parce que la matière des naines blanches n'est pas composée d'[[atome]]s liés par des [[liaison chimique|liaisons chimiques]], mais consiste plutôt en un [[plasma (physique)|plasma]] de [[noyau atomique|noyaux]] sans liaisons et d'[[électron]]s. Il n'y a de ce fait aucun obstacle à placer les noyaux plus près les uns des autres que les [[orbitale atomique|orbitales électroniques]], les régions occupées par les électrons liés à un atome, ne le permettent normalement<ref name="eddington" />. Eddington, cependant, se demanda ce qu'il adviendrait lorsque ce plasma se refroidirait et que l'énergie qui maintenait ensemble les atomes ne serait plus présente<ref name="fowler">{{article | langue =en | prénom1 =R. H. | nom1 =Fowler | titre = On Dense Matter | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = | numéro = 87 | année = 1926 | pages = 114–122 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1926MNRAS..87..114F | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>. Ce paradoxe fut levé en 1926 par [[Ralph H. Fowler]] par l'application de la [[mécanique quantique]] récemment élaborée. {{ancre|quantique}}Puisque les électrons obéissent au [[principe d'exclusion de Pauli]], deux électrons ne peuvent occuper le même [[état quantique]], et ils doivent obéir à la [[statistique de Fermi-Dirac]], elle aussi publiée en 1926, pour déterminer la distribution statistique qui satisfait le principe d'exclusion de Pauli<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Lillian H. | nom1 =Hoddeson | nom2 = G. Baym| titre = The Development of the Quantum Mechanical Electron Theory of Metals : 1900-28 | périodique = Proceedings of the Royal Society of London |série = A | lien périodique = Proceedings of the Royal Society | volume = 371 | numéro = 1744 | mois = juin | année = 1980 | pages = 8–23 | résumé = http://links.jstor.org/sici?sici=0080-4630%2819800610%29371%3A1744%3C8%3ATDOTQM%3E2.0.CO%3B2-K | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>. À {{nombre|0|K}}, les électrons ne peuvent pas tous occuper l'état d'énergie minimum ou ''[[état fondamental]]'' ; certains d'entre eux sont contraints d'occuper des niveaux d'énergie supérieure, formant ainsi une bande des plus basses énergies disponibles, la ''[[liquide de Fermi|mer de Fermi]]''. Cet état des électrons, appelé ''[[matière dégénérée|dégénéré]]'', signifie qu'une naine blanche pouvait se refroidir jusqu'au zéro absolu et posséder encore une énergie élevée. Une autre façon de parvenir à ce résultat provient de l'utilisation du [[principe d'incertitude]] ; la densité élevée des électrons d'une naine blanche entraîne que leur position est relativement localisée, créant une incertitude correspondante de leur moment. Ceci signifie que quelques électrons ont un moment élevé et de ce fait, une énergie cinétique importante<ref name="fowler" />{{,}}<ref name="scibits" />


La compression d'une naine blanche entraîne l'accroissement du nombre d'électrons dans un volume donné. Par application du principe d'exclusion de Pauli aussi bien que du principe d'incertitude, nous voyons que ceci entraîne l'accroissement de l'énergie cinétique des électrons qui engendre la pression<ref name="fowler" />{{,}}<ref>[http://www.astro.cornell.edu/~rbean/a211/211_notes_lec_12.pdf Lecture 12 - Degeneracy pressure], Rachel Bean, lecture notes, Astronomy 211, [[Cornell University]], consulté le 21 septembre 2007.</ref>. Cette ''[[pression de dégénérescence des électrons]]'' empêche l'[[effondrement gravitationnel]] de la naine blanche. Elle ne dépend que de la densité, et non de la température. La matière dégénérée est relativement compressible ; ceci signifie d'une naine blanche de forte masse est tellement plus élevée que celle d'une naine blanche de faible masse que [[#Relation entre la masse et le rayon et limite de masse|le rayon d'une naine blanche décroît comme croît sa masse]]<ref name="osln" />.
La compression d'une naine blanche entraîne l'accroissement du nombre d'électrons dans un volume donné. Par application du principe d'exclusion de Pauli aussi bien que du principe d'incertitude, nous voyons que ceci entraîne l'accroissement de l'énerge cinétique des électrons qui engendre la presssion<ref name="fowler" />{{,}}<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://www.astro.cornell.edu/~rbean/a211/211_notes_lec_12.pdf | titre = Lecture notes, Astronomy 211 | auteur = Rachel Bean | site = [[Cornell University]] | consulté le = 4 octobre 2009 : '''lien mort''' }}</ref>. Cette ''[[pression de dégénérescence des électrons]]'' empêche l'[[effondrement gravitationnel]] de la naine blanche. Elle ne dépend que de la densité, et non de la température. La matière dégénérée est relativement compressible ; ceci signifie la densité d'une naine blanche de forte masse est tellement plus élevée que celle d'une naine blanche de faible masse que [[#Relation entre la masse et le rayon et limite de masse|le rayon d'une naine blanche décroît]] quand sa masse croît<ref name="osln" />.


L'existence d'une masse-limite qu'aucune naine blanche ne peut excéder est une conséquence du supportage par la pression de dégénérescence des électrons. Ces masses ont été publiées initialement en 1929 par {{Lien |fr = Wilhelm Anderson |lang = en |trad = Wilhelm Anderson}}<ref>Über die Grenzdichte der Materie und der Energie, [[Wilhelm Anderson]], ''Zeitschrift für Physik'' '''56''', #11–12 (Novembre 1929), pp. 851–856.</ref> et en 1930 par {{Lien |fr = Edmund C. Stoner |lang = en |trad = Edmund C. Stoner}}<ref name="stoner">The Equilibrium of Dense Stars, Edmund C. Stoner, ''Philosophical Magazine'' (7th series) '''9''' (1930), pp. 944–963.</ref>. La valeur moderne de la limite fut d'abord publiée en 1931 par [[Subrahmanyan Chandrasekhar]] dans son article "The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs"<ref name="chandra4">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1931ApJ....74...81C The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs], S. Chandrasekhar, ''The Astrophysical Journal'' '''74''', #1 (Juillet 1931), pp. 81–82.</ref>. Pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, elle est approximativement égale à 5,7 /''μ''<sub>e</sub> <sup> 2 </sup> M<sub>Sol</sub>, où ''μ''<sub>e</sub> est le poids oyen moléculaire par électron de l'étoile<ref name="chandra2">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1935MNRAS..95..207C The Highly Collapsed Configurations of a Stellar Mass (second paper)], S. Chandrasekhar, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'', '''95''' (1935), pp. 207–225.</ref>. Comme le carbone-12 et l'oxygène-16, prédominants dans la composition d'une naine blanche à carbone-oxygène, ont tous deux un [[numéro atomique]] de moitié égal à leur [[masse atomique]], on doit prendre 2 comme valeur de ''μ''<sub>e</sub> pour une telle étoile<ref name="scibits" />, ce qui conduit à la valeur généralement citée de 1,4 masses solaires (Vers le début du 20ème siècle, il existait de bonnes raisons de penser que les étoiles étaient principalement composées d'éléments lourds<ref name="stoner" />, aussi dans son article de 1931, Chandrasekhar fixa le poids moléculaire moyen par électron ''μ''<sub>e</sub>, égal à 2.5, donnant en conséquence une limite de 0,91 M<sub>Sol</sub>). En 1983, avec [[William Alfred Fowler]], Chandrasekhar reçut le [[Prix Nobel de Physique]], pour ce travail ainsi que d'autres travaux<ref>[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1983/ Le prix Nobel de physique de 1983], {{lien|Nobel Foundation|lang=en}}, consulté le 17 août 2007.</ref>. La masse-limite est maintenant appelée la ²[[limite de Chandrasekhar]].
L'existence d'une masse limite qu'aucune naine blanche ne peut excéder est une conséquence de l'équilibre entre la gravitation et la pression de dégénérescence des électrons. Cette masse a été publiée initialement en 1929 par [[Wilhelm Anderson]]<ref>{{article | langue =en | nom1 = [[Wilhelm Anderson]]| nom2 = | titre = Über die Grenzdichte der Materie und der Energie | périodique = Zeitschrift für Physik | lien périodique = Liste des périodiques en physique#Périodiques généraux | volume = 56 | numéro = 11–12 | mois = novembre | année = 1929 | pages = 851–856}}</ref> et en 1930 par Edmund C. Stoner <ref name="stoner">{{article | langue =en | prénom1 = Edmund C. | nom1 =Stoner| titre =The Equilibrium of Dense Stars | périodique = [[Philosophical Magazine]] | éditeur = Taylor et Francis |série = 7 | volume = 9 | année = 1930 | pages = 944–963}}</ref>. La valeur moderne de la limite fut d'abord publiée en 1931 par [[Subrahmanyan Chandrasekhar]] dans son arcticle "The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs"<ref name="chandra4">{{article | langue =en | prénom1 = S. | nom1 = Chandrasekhar| titre = The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 74 | numéro = 1 | mois = juillet | année = 1931 | pages = 81–82 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1931ApJ....74...81C | doi = 10.1086/143324 | consulté le = }}</ref>. Pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, elle est approximativement égale à 5,7/''μ<sub>e</sub>²''&nbsp;M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>, où ''μ<sub>e</sub>'' est la [[masse moléculaire]] moyenne par électron de l'étoile<ref name="chandra2">{{article | langue =en | prénom1 = S. | nom1 = Chandrasekhar | titre = The Highly Collapsed Configurations of a Stellar Mass (second paper) | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = 95 | numéro = | mois = | année = 1935| pages = 207–225 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1935MNRAS..95..207C | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. Comme le carbone&nbsp;12 et l'oxygène&nbsp;16, prédominants dans la composition d'une naine blanche à carbone-oxygène, ont tous deux un [[numéro atomique]] de moitié égal à leur [[masse atomique]], on peut prendre 2 comme valeur de ''μ<sub>e</sub>'' pour une telle étoile<ref name="scibits" />, ce qui conduit à la valeur généralement citée de 1,4&nbsp;M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>. (Vers le déut du {{s-|XX|e}}, il existait de bonnes raisons de penser que les étoiles étaient principalement composées d'éléments lourds<ref name="stoner" />, aussi dans son arcticle de 1931, Chandrasekhar prit le poids moléculaire moyen par électron ''μ<sub>e</sub>'' égal à 2,5, donnant en conséquence une limite de 0,91&nbsp;M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub>). En 1983, avec [[William Alfred Fowler]], Chandrasekhar reçut le [[Prix Nobel de Physique]] : « Pour ses études théoriques des processus physiques importants pour la structure et l'évolution des étoiles. ». La masse-limite est maintenant appelée la [[masse de Chandrasekhar]].


Si une naine blanche dépasse la limite de Chandrasekhar, et que les [[réaction nucléaire|réactions nucléaires]] n'ont pas eu lieu,, la pression exrcée par les [[électron]]s n'est plus en meure de compenser la [[gravité|force de gravité]], et elle s'effondre alors en un objet plus dense tel qu'une [[étoile à neutrons]]<ref name="collapse">[http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/9701225v1 The Possible White Dwarf-Neutron Star Connection], R. Canal and J. Gutierrez, arXiv:astro-ph/9701225v1, 29 janvier 1997.</ref>. Cependant, les naines blanches à carbone-oxygène qui accrêtent de la masse d'une étoile voisine enclenchent une réaction de fusion nucléaire figitive, qui conduit à une explosion de {{Lien|fr=Supernova de type Ia|lang=en|trad=Type Ia supernova|}} dans laquelle la naine blanche est détruite, juste avant d'atteindre la masse-limite<ref name="sniamodels">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ARA&A..38..191H Type IA Supernova Explosion Models], Wolfgang Hillebrandt and Jens C. Niemeyer, ''Annual Review of Astronomy and Astrophysics'' '''38''' (2000), pp. 191–230.</ref>.
Si la masse d'une naine blanche dépasse la limite de Chandrasekhar, et que des réactions de [[fusion nucléaire|fusions]] ne s'amorcent pas, la pression exercée par les [[électron]]s n'est plus en meure de compenser la [[gravité|force de gravité]], et elle s'effondre alors en un objet plus dense tel qu'une [[étoile à neutrons]]<ref name="collapse">{{article | langue =en | prénom1 = R.| nom1 = Canal| nom2 = J. Gutierrez| titre = The Possible White Dwarf-Neutron Star Connection | périodique = White, dwarfs, Proceedings of the 10th European Workshop on White Dwarfs, held in Blanes, Spain, 17-21 June 1996 | éditeur = Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1997 | volume = 214 | numéro = | mois = janvier | année = 1997 | pages = 49 | isbn = 0792345851 | url texte = http://www.arxiv.org/abs/astro-ph/9701225v1 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. Cependant, les naines blanches à carbone-oxygène qui accrètent de la masse d'une étoile voisine enclenchent juste avant d'atteindre la masse-limite une réaction de fusion nucléaire qui s'emballe, et qui conduit à une explosion de [[supernova#Classification spectrale|supernova de type Ia]] dans laquelle la naine blanche est détruite<ref name="sniamodels">{{article | langue =en | prénom1 =Wolfgang | nom1 =Hillebrandt | nom2 = Jens C. Niemeyer| titre = Type IA Supernova Explosion Models | périodique = [[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]] | volume = 38 | année =2000 | pages = 191–230 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ARA&A..38..191H| doi = 10.1146/annurev.astro.38.1.191 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>.


Les naines blanches ont une faible [[luminosité]] et de ce fait, occcuupent une bande dans la partie inférieure du [[diagramme de Hertzsprung-Russell]], un graphe rapportant la luminosité à la couleur (ou, par équivalence, la température) des étoiles. Il ne faut pas les confondre avec les objets de faibles luminosité à l'extrémité de la [[séquence principale]] où se situent les objets de faible masse, tels que les [[naine rouge|naines rouges]] en train de [[fusion nucléaire|fusionner]] leur [[hydrogène]], dont le coeur est partiellement supporté par la pession thermique<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ARA&A..38..337C Theory of Low-Mass Stars and Substellar Objects], Gilles Chabrier and Isabelle Baraffe, ''Annual Review of Astronomy and Astrophysics'' '''38''' (2000), pp. 337–377.</ref>, ou bien les [[naine brune|naines brunes]], de température enore inférieure<ref>[http://www.astro.uiuc.edu/~kaler/sow/hrd.html The Hertzsprung-Russell (HR) diagram], Jim Kaler, online article, consulté le 5 mai 2007.</ref>.
Les naines blanches ont une faible [[luminosité]] et de ce fait, occupent une bande dans la partie inférieure du [[diagramme de Hertzsprung-Russell]], un graphe rapportant la luminosité à la couleur (ou, par équivalence, la température) des étoiles. Il ne faut pas les confondre avec les objets de faible luminosité à l'extrémité de la [[séquence principale]] où se situent les objets de faible masse, tels les [[naine rouge|naines rouges]] en train de [[fusion nucléaire|fusionner]] leur [[hydrogène]], et dont le cœur est partiellement supporté par la pression thermique<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Gilles | nom1 = Chabrier| nom2 = Isabelle Baraffe| titre = Theory of Low-Mass Stars and Substellar Objects | périodique = [[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]] | volume = 38| année = 2000 | pages = 337–377 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ARA&A..38..337C | doi =10.1146/annurev.astro.38.1.337 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>, ou bien les [[naine brune|naines brunes]], de température encore inférieure<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://www.astro.uiuc.edu/~kaler/sow/hrd.html | titre = The Hertzsprung-Russell (HR) diagram | auteur = Jim Kaler | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>.


=== Température ===
=== Température ===


La température des naines blanches est extrêmement élevée, cette chaleur ayant été emmagasinée lors de l'effondrement gravitationnel très important de l'étoile. La surface radiative des naines blanches étant extrêmement faible, celles-ci mettent très longtemps à se refroidir. Elles peuplent donc l'angle inférieur gauche du [[Diagramme de Hertzsprung-Russell]], celui des étoiles peu lumineuses mais néanmoins chaudes. Une fois son énergie totalement épuisée, une naine blanche ne peut même plus rayonner et devient donc en bonne logique une [[naine noire]]. Les naines blanches nécessitant pour se refroidir jusqu'à ce stade plusieurs milliards d'année, l'univers n'est pas encore assez âgé pour que des naines noires existent.
La température des naines blanches est extrêmement élevée, cette chaleur ayant été emmagasinée lors de l'effondrement gravitationnel très important de l'étoile. La superficie des naines blanches étant extrêmement faible, celles-ci mettent très longtemps à se refroidir. Elles peuplent donc l'angle inférieur gauche du [[diagramme de Hertzsprung-Russell]], celui des étoiles peu lumineuses mais néanmoins chaudes. Elles y dérivent vers le rouge, en épuisant leur énergie, tendant asymptotiquement vers une [[naine noire]] en équilibre thermique avec leur environnement. Ce processus nécessitant jusqu'à ce stade un temps considérable, l'univers n'est pas encore assez âgé pour que des naines noires existent, et les plus vieilles ont encore une température de couleur de plusieurs milliers de K.


=== Relation entre la masse et le rayon et masse-limite ===
=== Relation entre la masse et le rayon et masse-limite ===


Il est facile de dériver une relation brute entre la masse et le rayon des naines blanches, en utilisant l'argument de la minimisation de l'énergie. L'énergie de la naine blanche peut être approximée en prenant la somme de son [[énergie potentielle mécanique|potentiel d'énergie]] gravitationnelle et de son [[énergie cinétique]]. Le potentiel d'énergie gravitationnelle d'un morceau de masse unitaire de naine blanche, ''E''<sub>g</sub>, sera de l'ordre de :<br />
Il est facile de démontrer une relation approchée entre la masse et le rayon des naines blanches, en utilisant l'argument de la minimisation de l'énergie. L'énergie de la naine blanche peut être approchée en prenant la somme de son [[énergie potentielle mécanique|énergie]] gravitationnelle et de son [[énergie cinétique]] interne (essentiellement celle des électrons). Le potentiel d'énergie gravitationnelle d'un morceau de masse unitaire de naine blanche, {{Formule|E{{ind|g}}}}, sera de l'ordre de :<br />
''GM''/''R'',<br />
{{Formule|E{{ind|g}}}} = {{Formule|GM/R}},<br />
''G'' représente la [[constante gravitationnelle]],<br />
{{Formule|G}} représente la [[constante gravitationnelle]], {{Formule|M}} la masse de la naine blanche,
et {{Formule|R}} son rayon.<br />
''M'', la masse de la naine blanche,<br />
L'énergie cinétique de la masse unitaire {{Formule|E<sub>k</sub>}}, provient en premier lieu du mouvement des électrons, aussi sera-t-elle approximativement :<br />
et ''R'',son rayon.<br />
{{Formule|N p<sup>2</sup>/m}},<br />
L'énergie cinétique de la masse unitaire ''E''<sub>k</sub>, provient en premier lieu du mouvement des électrons, aussi sera-t'elle approximativement :<br />
où {{Formule|p}} représente le moment moyen de l'électron, {{Formule|m}} sa masse, et {{Formule|N}} le nombre d'électrons par unité de masse.<br />
''N'' ''p''<sup>2</sup>/2''m'',<br />
Puisque les électrons sont [[matière dégénérée|dégénérés]], nous pouvons estimer que {{Formule|p}} est de l'ordre de l'incertitude sur le moment, {{Formule|Δ p}}, donnée par le [[principe d'incertitude]], qui pose que {{Formule|Δ p ∙ Δ x}} est de l'ordre de la [[constante de Planck]] réduite {{Formule|ħ}}. {{Formule|Δ x}} sera de l'ordre de la distance moyenne entre les électrons, qui sera approximativement {{Formule|n<sup>−1/3</sup>}}, i.e., l'inverse de la racine cubique de la densité, {{Formule|n}}, d'électrons par unité de volume. Puisque il y a {{Formule|N M}} électrons dans la naine blanche et que son volume est de l'ordre de {{Formule|R<sup>3</sup>}}, {{Formule|n}} sera de l'ordre de {{Formule|N M / R<sup>3</sup>}}<ref name="scibits">{{en}}{{Lien web | url = http://www.sciencebits.com/StellarEquipartition | titre = Estimating Stellar Parameters from Energy Equipartition | auteur = ScienceBits | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. Pour calculer l'énergie cinétique par unité de masse, {{Formule|E<sub>k</sub>}}, nous trouvons que :
où ''p'' représente le moment moyen de l'électron,<br />
::<math>E_k \approx \frac{N (\Delta p)^2}{m} \approx \frac{N \hbar^2 n^{2/3}}{m} \approx \frac{M^{2/3} N^{5/3} \hbar^2}{m R^2}.</math>
''m'', la masse de l'électron,<br />
La naine blanche sera à l'équilibre lorsque la totalité de son énergie, {{Formule|E<sub>g</sub> + E<sub>k</sub>}}, est minimale. À ce point, les énergies cinétique et gravitationnelle ont des valeurs absolues comparables, aussi nous pouvons déduire une relation approchée entre la masse et le rayon en écrivant :
et ''N'', le nombre d'électrons par unité de masse.<br />
::<math>|E_g|\approx\frac{GM}{R} = E_k\approx\frac{M^{2/3} N^{5/3} \hbar^2}{m R^2}.</math>
Puisque les électrons sont [[matière dégénérée|dégénérés]],nous pouvons estimer que ''p'' est de l'ordre de l'incertitude sur le moment, Δ''p'', donnée par le [[principe d'incertitude]], qui pose que Δ''p'' Δ''x'' est de l'ordre de la [[constante de Planck]] réduite, ''ħ''. Δ''x'' sera de l'ordre de la distance moyenne entre les électrons, qui sera approximativement ''n''<sup>−1/3</sup>, i.e., l'inverse de la racine cubique de la densité, ''n'', d'électrons par unité de volume. Puisque il y a ''N'' ''M'' électrons dans la naine blanche et que son volume est de l'ordre de ''R''<sup>3</sup>, ''n'' sera de l'ordre de ''N'' ''M'' / ''R''<sup>3</sup><ref name="scibits">[http://www.sciencebits.com/StellarEquipartition Estimating Stellar Parameters from Energy Equipartition], ScienceBits, consulté le 9 mai 2007.</ref>. Pour résoudre l'énergie cinétique par unité de masse, ''E''<sub>k</sub>, nous trouvons que :
La solution pour le rayon, {{Formule|R}}, donne<ref name="scibits" /> :
::<math>E_k \approx \frac{N (\Delta p)^2}{2m} \approx \frac{N \hbar^2 n^{2/3}}{2m} \approx \frac{M^{2/3} N^{5/3} \hbar^2}{2m R^2}.</math>
::<math> R \approx \frac{N^{5/3} \hbar^2}{m GM^{1/3}}</math>
La naine blanche sera à l'équilibre lorsque la totalité de son énergie, ''E''<sub>g</sub> + ''E''<sub>k</sub>, est minimale. À ce point, les énergies cinétiques et de potentiel gravitationnel devraient être comparables, aussi nous pouvons dériver une relation grossière entre la mass et le rayon en formulant leur magnitude sous forme d'équation :
En abandonnant {{Formule|N}} qui ne dépend que de la composition de la naine blanche, et les constantes universelles, nous restons alors avec une relation entre la masse et le rayon :
::<math>|E_g|\approx\frac{GM}{R} = E_k\approx\frac{M^{2/3} N^{5/3} \hbar^2}{2m R^2}.</math>
La solution pour le rayon, ''R'', donne :<ref name="scibits" />
::<math> R \approx \frac{N^{5/3} \hbar^2}{2m GM^{1/3}}</math>
En abandonnant ''N'' qui ne dépend que de la composition de la naine blanche, les constantes universelles nous laissent alors avec une relation entre la masse et le rayon :
::<math>R \sim \frac{1}{M^{1/3}}, \,</math>,
::<math>R \sim \frac{1}{M^{1/3}}, \,</math>,
i.e., le rayon d'une naine blanche est inversement proportionnel à la racine cubique de sa masse. Puisque cette analyse utilise la formule non relativiste ''p''<sup>2</sup>/2''m'' pour l'énergie cinétique, elle est non relativiste. Si nous désirons analyser la situation où la vitesse de l'électron dans une naine blanche est proche de la [[vitesse de la lumière]], ''c'', nous devons remplacer ''p''<sup>2</sup>/2''m'' par l'approximation relativiste extrême ''p'' ''c'' pour l'énergie cinétique. Avec cette substitution, nous trouvons :
c'est-à-dire que le rayon d'une naine blanche est inversement proportionnel à la racine cubique de sa masse. Puisque cette analyse utilise la formule non relativiste {{Formule|p<sup>2</sup>/2m}} pour l'énergie cinétique, elle est non relativiste. Si nous désirons analyser la situation où la vitesse de l'électron dans une naine blanche est proche de la [[vitesse de la lumière]], {{Formule|c}}, nous devons remplacer {{Formule|p<sup>2</sup>/2m}} par l'approximation relativiste extrême {{Formule|p c}} pour l'énergie cinétique. Avec cette substitution, nous trouvons :
::<math>E_{k\ {\rm relativiste}} \approx \frac{M^{1/3} N^{4/3} \hbar c}{R}.</math>
::<math>E_{k\ {\rm relativiste}} \approx \frac{M^{1/3} N^{4/3} \hbar c}{R}.</math>
Si nous mettons ceci en équation avec la magnitude ''E''<sub>g</sub>, nous trouvons que ''R'' s'élimine et que la masse ''M'' est forcément<ref name="scibits" /> :
Si nous mettons ceci en équation avec la magnitude {{Formule|E<sub>g</sub>}}, nous trouvons que {{Formule|R}} s'élimine et que la masse {{Formule|M}} est forcément<ref name="scibits" /> :
::<math>M_{\rm limite} \approx N^2 \left(\frac{\hbar c}{G}\right)^{3/2}.</math>
::<math>M_{\rm limite} \approx N^2 \left(\frac{\hbar c}{G}\right)^{3/2}.</math>


[[Image:WhiteDwarf mass-radius.jpg|thumb|350px|right|Relation rayon-masse pour une naine blanche modèle.]]
[[Image:WhiteDwarf mass-radius.jpg|thumb|350px|right|Relation rayon-masse pour une naine blanche modèle.]]
Pour interpréter ce résultat, observons que si nous ajoutons de la masse à une naine blanche, son rayon diminue ; aussi, selon le principe d'incertitude, le moment et donc la vitesse de ses électrons s'accroissent. Lorsque la vitesse approche ''c'', l'analyse relativiste extrême devient plus exacte, ce qui signifie que la masse ''M'' de la naine blanche doit approcher ''M''<sub>limite</sub>. En conséquence, aucune naine blanche ne peut être plus lourde que la masse limite ''M''<sub>limite</sub>.
Pour interpréter ce résulat, observons que si nous ajoutons de la masse à une naine blanche, son rayon diminue ; aussi, selon le principe d'incertitude, le moment et donc la vitesse de ses électrons s'accroissent. Lorsque la vitesse approche {{Formule|c}}, l'analyse relativiste extrême devient plus exacte, ce qui signfie que la mase {{Formule|M}} de la naine blanche doit approcher {{Formule|M}}<sub>limite</sub>. En conséquence, aucune naine blanche ne peut être plus lourde que la masse limite {{Formule|M}}<sub>limite</sub>.


Pour un calcul plus précis de la relation masse-rayon et de la masse-limite d'une naine blanche, on doit calculer l'[[équation d'état]] qui décrit la relation entre la densité et la pression de la matière située à l'intérieur d'une naine blanche. Si la densité et la pression sont toutes deux posées comme égales à des fonctions du rayon au centre de l'étoile, le système d'équation qui consiste en l'[[hydrostatique|équation hydrostatique]] assemblée avec l'équation d'état peut alors être résolue pour trouver la structure de la naine blanche à l'équilibre. Dans le cas non-relativiste, nous trouverons toujours que le rayon est inversement proportionnel à la racine cubique de la masse<ref name="chandra2" />. Des corrections relativistes altèreront le résultat des calculs de telle façon que le rayon parviendra à zéro pour une masse de valeur finie. C'est la valeur limite au-delà de laquelle la naine blanche ne peut plus supporter la pression de dégénérescence des électrons. On l'appelle la [[limite de Chandrasekhar]]. Le graphe ci-contre montre le résultat de tels calculs. Il montre comment le rayon varie avec la masse pour les modèles d'une naine blanche selon la méthode relativiste (courbe verte) ou non relativiste (courbe bleue). Les deux modèles traitent la naine blanche comme un {{lien|fr=gaz de Fermi|lang=en|trad=Fermi gas}} froid à l'[[équilibre hydrostatique]]. Le poids moléculaire moyen par électron, ''µ''<sub>e</sub> a été fixé égal à 2, les rayons sont mesurés en rayon solaire standard, et les masses en masse solaire standard.<ref name="chandra2" />{{,}}<ref name="stds">[http://vizier.u-strasbg.fr/doc/catstd-3.2.htx ''Standards for Astronomical Catalogues, Version 2.0''], section 3.2.2, consulté le 12 janvier 2007.</ref>
Pour un calcul plus précis de la relation masse-rayon et de la masse-limite d'une naine blanche, on doit calculer l'[[équation d'état]] qui décrit la relation entre la densité et la pression de la matière située à l'intérieur d'une naine blanche. Si la densité et la pression sont toutes deux supposées comme égales à des fonctions de la distance au centre de l'étoile, le système d'équation qui consiste en l'[[hydrostatique|équation hydrostatique]], couplée avec l'équation d'état peut alors être résolue pour trouver la structure de la naine blanche à l'équilibre. Dans le cas non-relativiste, nous trouverons toujours que le rayon est inversement proportionnel à la racine cubique de la masse<ref name="chandra2" />. Les corrections relativistes altèreront le résultat des calculs de telle façon que le rayon parviendra à zéro pour une masse de valeur finie. C'est la masse limite au-delà de laquelle la naine blanche ne peut plus supporter la pression de dégénérescence des électrons. On l'appelle la [[masse de Chandrasekhar]]. Le graphe ci-contre montre le résultat de tels calculs. Il montre comment le rayon varie avec la masse pour les modèles d'une naine blanche selon le calcul relativiste (courbe verte) ou non relativiste (courbe bleue). Les deux modèles traitent la naine blanche comme un [[Gaz de fermions dégénéré|gaz de Fermi]] froid à l'[[équilibre hydrostatique]]. Le poids moléculaire moyen par électron, ''µ''<sub>e</sub> a été fixé égal à 2, les rayons sont mesurés en rayons solaires standard, et les masses en masses solaires standard<ref name="chandra2" />{{,}}<ref name="stds">{{en}}{{Lien web | url = http://vizier.u-strasbg.fr/doc/catstd-3.2.htx
| titre = Standards for Astronomical Catalogues, Version 2.0 | année = 2000 | mois = février | éditeur = Université de Strasbourg | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>.


Ces calculs supposent tous que la naine blanche n'est pas en rotation. Si elle l'est, l'équation d'équilibre hydrostatique doit être modifiée pour tenir compte de la [[force centrifuge|pseudo-force centrifuge]] provenant de l'évolution dans un {{lien|fr=référentiel en rotation|lang=en|trad=rotating reference frame}}<ref>[http://www.phys.lsu.edu/astro/H_Book.current/H_Book.shtml ''The Structure, Stability, and Dynamics of Self-Gravitating Systems''], Joel E. Tohline, online book, consulté le 30 mai 2007.</ref>. Pour une naine blanche en rotation uniforme, le masse-limite n'augmente que légèrement. Cependant, si l'étoile est affectée d'un mouvement non-uniforme et que l'on néglige la [[viscosité]], alors, comme l'a pointé [[Fred Hoyle]] en 1947<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1947MNRAS.107..231H Note on equilibrium configurations for rotating white dwarfs], F. Hoyle, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''107''' (1947), pp. 231-236.</ref>, il n'y a pas de limite à la masse pour laquelle le modèle de naine blanche puise atteindre l'équilibre statique. Toutes ces étoiles ne seront cependant pas [[dynamique (physique)|dynamiquement]] stables<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1968ApJ...151.1089O Rapidly Rotating Stars. II. Massive White Dwarfs], Jeremiah P. Ostriker and Peter Bodenheimer, ''The Astrophysical Journal'' '''151''' (Mars 1968), pp. 1089-1098.</ref>.
Ces calculs supposent tous que la naine blanche n'est pas en rotation. Si elle l'est, l'équation d'équilibre hydrostatique doit être modifiée pour tenir compte de la [[force centrifuge|pseudo-force centrifuge]] provenant de l'utilisation d'un [[Force d'inertie#Référentiel en rotation uniforme|référentiel en rotation]]<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= Joel E.|nom1=Tohline|titre= The Structure, Stability, and Dynamics of Self-Gravitating Systems |lire en ligne=http://www.phys.lsu.edu/astro/H_Book.current/H_Book.html |consulté le= 4 octobre 2009 -- site pourri}}</ref>. Pour une naine blanche en rotation uniforme, le masse limite n'augmente que légèrement. Cependant, si l'étoile est affectée d'un mouvement non-uniforme et que l'on néglige la [[viscosité]], alors, comme l'a souligné [[Fred Hoyle]] en 1947<ref>{{article | langue =en | prénom1 =F. | nom1 = Hoyle| titre = Note on equilibrium configurations for rotating white dwarfs | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = 107 | année = 1947 | pages = 231-236 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1947MNRAS.107..231H | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>, il n'y a pas de limite à la masse pour laquelle le modèle de naine blanche puisse être en équilibre en régime permanent. Toutes ces étoiles ne seront cependant pas [[dynamique (physique)|dynamiquement]] stables<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Jeremiah P.| nom1 = Ostriker| nom2 = Peter Bodenheimer| titre = Rapidly Rotating Stars. II. Massive White Dwarfs | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 151 | mois = mars | année = 1968 | pages =1089-1098 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1968ApJ...151.1089O | doi = 10.1086/149507 | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>.


=== Rayonnement et refroidissement ===
=== Rayonnement et refroidissement ===


Le rayonnement visible émis par une naine blanche peut présenter une grande variété de couleurs, depuis le bleu-blanc d'une étoile de la [[séquence principale]] de type O jusqu'au rouge d'une [[naine rouge]] de type M<ref name="sionspectra">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1983ApJ...269..253S A proposed new white dwarf spectral classification system], E. M. Sion, J. L. Greenstein, J. D. Landstreet, J. Liebert, H. L. Shipman, and G. A. Wegner, ''The Astrophysical Journal'' '''269''', #1 (1{{er}} juin 1983), pp. 253-257.</ref>. La [[Température effective|température effective de surface]] d'une naine blanche s'étale depuis plus de 150000 K<ref name="villanovar4" /> à moins de 4000 K<ref name="cool" />{{,}}<ref name="wden">White dwarfs, Gilles Fontaine and François Wesemael, in ''Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics'', publié par Paul Murdin, Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing and London, New York and Tokyo: Nature Publishing Group, 2001 {{ISBN|0333750888}} </ref>. En concordance avec la [[loi de Stefan-Boltzmann]], la luminosité augmente avec la température de surface ; cette gamme de températures de surface correspond à des luminosité s'étageant depuis 100 fois jusqu'à 1/10.000<sup>ème</sup> de fois celle du Soleil<ref name="wden" />. Les naines blanches chaudes, avec des températures de 30000 K ont été identifiées comme des sources de [[rayon X|radiations X]] de faible énergie. Ceci permet l'étude de la composition et de la structure de leurs atmosphère au moyen de l'[[astronomie X]] et de l'{{lien|fr=astronomie dans l'ultraviolet|lang=en|trad=UV astronomy|texte=astronomie dans l'ultraviolet lontain}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1985SSRv...40...79H X-ray emission from isolated hot white dwarfs], J. Heise, ''Space Science Reviews'' '''40''' (Février 1985), pp. 79-90.</ref>.
Le rayonnement visible émis par une naine blanche peut présenter une grande variété de couleurs, depuis le bleu-blanc d'une étoile de la [[séquence principale]] de type O jusqu'au rouge d'une [[naine rouge]] de type M<ref name="sionspectra">{{article | langue =en | prénom1 = E. M.| nom1 = Sion| nom2 = J. L. Greenstein, J. D. Landstreet, J. Liebert, H. L. Shipman, et G. A. Wegner| titre = A proposed new white dwarf spectral classification system | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 269 | mois = juin | année =1983 | pages = 253-257 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1983ApJ...269..253S| doi = 10.1086/161036 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>. La [[Température effective|température effectice de surface]] d'une naine blanche peut varier depuis plus de {{nombre|150000|K}}<ref name="villanovar4" /> à moins de {{nombre|4000|K}}<ref name="cool" />{{,}}<ref name="wden">{{ouvrage |langue=en |prénom1=Gilles |nom1=Fontaine |nom2= François Wesemael|titre= White dwarfs |éditeur=Institute of Physics Publishing and London et Nature Publishing Group | lieu = Bristol/Philadelphia et New York/Tokyo |année= 2001|mois= |volume= |isbn=0333750888|collection = Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics }}</ref>. Suivant la [[loi de Stefan-Boltzmann]], la luminosité augmente avec la température de surface ; cette gamme de températures de surface correspond à des luminosités s'étageant depuis 100 fois jusqu'à 1/10.000<sup>ème</sup> de fois celle du Soleil<ref name="wden" />. Les naines blanches chaudes, avec des températures de 30.000 K ont été observées comme sources de [[rayon X|rayons X]] mous, c'est-à-dire de faible énergie. Ceci permet l'étude de la composition et de la structure de leurs atmosphère par observation dans les domaines des X mous et de l'ultraviolet lontain}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = J.| nom1 = Heise | titre =X-ray emission from isolated hot white dwarfs | périodique = Space Science Reviews | volume = 40 | mois = février | année = 1985 | pages = 79-90 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1985SSRv...40...79H |issn = 0038-6308| doi = 10.1007/BF00212870 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>.
[[Image:Size IK Peg.png|left|320px|thumb|Comparaison entre la naine blanche [[IK Pegasi]] B (au centre), son compagnon de classe A, IK Pegasi A (à gauche) et le Soleil (à droite). Cette naine blanche a une température superficielle de 35500 K.]]
[[Image:Size IK Peg.png|left|320px|thumb|Comparaison entre la naine blanche [[IK Pegasi]] B (au centre), son compagnon de classe A, IK Pegasi A (à gauche) et le Soleil (à droite). Cette naine blanche a une tempéraure superficielle de 35.500 K.]]


Comme l'a expliqué [[Leon Mestel]] en 1952, à moins qu'une naine blanche n'[[accrétion|accrète]] de la matière provenant d'une étoile-compagnon proche ou d'une autre source, son rayonnement émane de la chaleur stockée, qui n'est pas renouvelée<ref>{{article | langue =en | prénom1 = L.| nom1 = Mestel| titre = On the theory of white dwarf stars. I. The energy sources of white dwarfs | périodique = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]] | volume = 112| année = 1952 | pages = 583–597 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1952MNRAS.112..583M | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= S. D. |nom1=Kawaler |titre= White Dwarf Stars and the Hubble Deep Field |éditeur=The Hubble Deep Field: Proceedings of the Space Telescope Science Institute Symposium, held in Baltimore, Maryland, 6/9 mai 1997|année=1998 |mois= |volume= |isbn= 0521630975|passage= 252–271 |résumé = http://adsabs.harvard.edu/abs/1998hdf..symp..252K|consulté le= 4 octobre 2009 }}</ref>. Les naines blanches rayonnent par une superficie extrêmement faible. Aussi se refroidissent-elles très lentement, demeurant chaudes très longtemps<ref name="rln" />. Au fur et à mesure qu'une naine blanche se refroidit, sa température de surface diminue, le rayonnement émis rougit, et sa luminosité décroît. Du fait que la naine blanche ne dispose d'aucun réservoir d'énergie, il en résulte un ralentissement du refroidissement avec le temps. Bergeron, Ruiz, and Leggett, par exemple, font les estimations suivantes pour une naine blanche au [[carbone]] de 0,59 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub> avec une atmosphère d'[[hydrogène]] : il lui faut approximativement 1,5 milliard d'années pour refroidir à 7.140 K, les refroidissements ultérieurs de 500 K supplémentaires prendront approximativement 300 millions, puis 0,4 et 1,1 milliards d'années<ref>{{article | langue =en | prénom1 =P. | nom1 = Bergeron| nom2 = Maria Teresa Ruiz, et S. K. Leggett| titre = The Chemical Evolution of Cool White Dwarfs and the Age of the Local Galactic Disk | périodique = The Astrophysical Journal Supplement Series | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 108 | numéro = 1 | mois = janvier | année = 1997 | pages = 339-387 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJS..108..339B | doi =10.1086/312955 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>. Bien que la matière d'une naine blanche soit initialement un [[état plasma|plasma]], un fluide composé de [[noyau atomique|noyaux]] et d'[[électron]]s, il a été prédit théoriquement, en 1960, qu'à un stade tardif du refroidissement, elle pourrait se [[cristal]]liser en commençant par le centre de l'étoile<ref name="metcalfe1">{{article | langue =en | prénom1 = T. S.| nom1 =Metcalfe | nom2 = M. H. Montgomery, et A. Kanaan| titre = Testing White Dwarf Crystallization Theory with Asteroseismology of the Massive Pulsating DA Star BPM 37093 | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal| volume = 605 | numéro = 2 | mois = avril | année = 2004 | pages = L133-L136 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...605L.133M | doi = 10.1086/420884 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>. On pense que la structure cristalline serait alors de type cubique centré<ref name="cosmochronology" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =J. L. | nom1 =Barrat | nom2 =J. P. Hansen, et R. Mochkovitch | titre = Crystallization of carbon-oxygen mixtures in white dwarfs | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]]| éditeur = [[EDP Sciences]] | volume = 199 | numéro = 1-2 | mois = juin | année = 1988 | pages = L15-L18 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1988A&A...199L..15B | issn = 0004-6361 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. En 1995, on souligna que des observations [[astérosismologie|astérosismologiques]] de [[#Variabilité|naines blanches pulsantes]] conduisait à une vérification possible de la théorie de la cristallisation<ref>{{article | langue =en | prénom1 =D. E. | nom1 = Winget | titre = The Status of White Dwarf Asteroseismology and a Glimpse of the Road Ahead | périodique = Baltic Astronomy | volume = 4 | année =1995 | pages = 19-136 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1995BaltA...4..129W | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>, et en 2004, Travis Metcalfe et une équipe de chercheurs du [[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] estimèrent, sur la base de ces observations, que la masse de [[BPM 37093]] s'était cristallisée à peu près à 90%<ref name="metcalfe1" />{{,}}<ref name="lucy">{{en}}{{Lien web | url = http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3492919.stm| titre = Diamond star thrills astronomers | auteur = David Whitehouse | coauteurs = | année = 2004 | mois = février | site = http://news.bbc.co.uk/ | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0407.html| titre = The Galaxy's LargestDiamond | auteur = press release | année = 2004 | mois = février | site = http://www.cfa.harvard.edu/ | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = A.| nom1 = Kanaan| nom2 = A. Nitta, D. E. Winget, S. O. Kepler, M. H. Montgomery, T. S. Metcalfe, et al.| titre = Whole Earth Telescope observations of BPM 37093 : a seismological test of crystallization theory in white dwarfs | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | éditeur = [[EDP Sciences]] | volume = 432 | année = 2005 | pages =219-224 | url texte = http://arxiv.org/abs/astro-ph/0411199v1 | consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. D'autres travaux estiment la masse cristallisée entre 32 et 82 %<ref name="Brassard">{{article | langue =en | prénom1 =P. | nom1 = Brassard | nom2 = G. Fontaine| titre = Asteroseismology of the Crystallized ZZ Ceti Star BPM 37093: A Different View | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 622 | numéro = 1 | mois = mars | année = 2005 | pages = 572-576 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ...622..572B | doi = 10.1086/428116 | consulté le =4 octobre 2009 }}</ref>. La plupart des naines blanches observées ont une température de surface relativement élevée, entre {{unité|8000|K}} et {{unité|40000|K}}<ref name="sdssr4" />{{,}}<ref name="villanovavizier">{{en}}{{Lien web | url = http://cdsweb.u-strasbg.fr/cgi-bin/Cat?III/235A III/235A | titre = A Catalogue of Spectroscopically Identified White Dwarfs | auteur = G.P. McCook | coauteurs = E.M. Sion | site = http://cdsarc.u-strasbg.fr/ | éditeur = Centre de données astronomiques de Strasbourg| consulté le = 4 octobre 2009}}</ref>. Une naine blanche passe cependant une plus grande partie de sa vie dans sa phase froide que dans sa phase chaude. Aussi, peut-on s'attendre à ce qu'il y ait plus de naines blanches froides que de chaudes. Après un ajustement des paramètres tenant compte de l'[[biais de sélection|effet de sélection]] (les naines blanches chaudes sont plus lumineuses, donc plus facilement observées que les froides), nous trouvons effectivement qu'en allant vers des températures observées plus basses, on découvre un plus grand nombre de naines blanches<ref name="disklf">{{article | langue =en | prénom1 = S. K.| nom1 =Leggett | nom2 =Maria Teresa Ruiz et P. Bergeron | titre = The Cool White Dwarf Luminosity Function and the Age of the Galactic Disk | périodique =The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 497 | numéro = | mois =avril | année =1998 | pages = 294-302 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1998ApJ...497..294L | doi = 10.1086/305463 | consulté le = 4 octobre 2009 }}</ref>. Cet effet cesse lorsqu'on s'intéresse aux naines blanches extrêmement foides : on a observé peu de naines blanches de température inférieure à {{unité|4000|K}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Evalyn | nom1 =Gates | nom2 =Geza Gyuk, Hugh C. Harris, Mark Subbarao, Scott Anderson, S. J. Kleinman, James Liebert, Howard Brewington, J. Brinkmann, Michael Harvanek, Jurek Krzesinski, Don Q. Lamb, Dan Long, Eric H. Neilsen, Jr., Peter R. Newman, Atsuko Nitta et Stephanie A. Snedden | titre = Discovery of New Ultracool White Dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 612 | numéro =2 | mois =septembre | année = 2004 | pages =L129-L132 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...612L.129G | doi = 10.1086/424568 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref> et une des plus froides observée à ce jour, [[WD 0346+246]], a une température superficielle approximative de {{unité|3900|K}}<ref name="cool">{{article | langue =en | prénom1 = N. C.| nom1 =Hambly | nom2 = S. J. Smartt et S. Hodgkin| titre = WD 0346+246: A Very Low Luminosity, Cool Degenerate in Taurus | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 489 | mois = novembre | année = 1997 | pages = L157-L160 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ...489L.157H | doi = 10.1086/316797 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>. La raison en est que, comme l'âge de l'Univers est fini<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1=James S. |nom1=Trefil |titre=The Moment of Creation: Big Bang Physics from Before the First Millisecond to the Present Universe |éditeur=Dover Publications | lieu = Mineola, New York |année=2004 |isbn=0486438139 }}</ref>, les naines blanches n'ont pas encore disposé d'assez de temps pour refroidir en dessous de cette température. On peut utiliser la [[fonction de luminosité des naines blanches]] pour trouver la date de début de formation des étoiles d'une région. La formation du disque galactique est ainsi estimée à 8 milliards d'années<ref name="disklf" />.
Comme l'a expliqué {{lien|Leon Mastell|lang=en|trad=Leon Mastell}} en 1952, à moins qu'une naine blanche n'[[accrétion|accrête]] de la matière provenant d'une étoile-compagnon proche ou d'une autre source, son rayonnement émane de la chaleur stockée qui n'est pas renouvelée<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1952MNRAS.112..583M On the theory of white dwarf stars. I. The energy sources of white dwarfs], L. Mestel, ''Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'' '''112''' (1952), pp. 583–597.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1998hdf..symp..252K White Dwarf Stars and the Hubble Deep Field], S. D. Kawaler, pp. 252–271 in ''The Hubble Deep Field: Proceedings of the Space Telescope Science Institute Symposium, held in Baltimore, Maryland, 6/9 mai 1997'', publié par Mario Livio, S. Michael Fall, and Piero Madau, Space Telescope Science Institute symposium series, 11, New York: Cambridge University Press, 1998, {{ISBN|0521630975}}.</ref>. La superficie des naines blanche correspond à une surface extrèmement faible, par laquelle elles irradient cette chaleur. Aussi se refroidissent-elles très graduellement, demeurant chaudes très longtemps<ref name="rln" />. Au fur et à mesure qu'une naine blanche se refroidit, sa température de surface diminue, le rayonnement émis rougit, et sa luminosité décroît. Du fait que la naine blanche ne dispose d'aucun réservoir d'énergie, il en résulte un ralentissement du refroidissement avec le temps. Bergeron, Ruiz, and Leggett, par exemple, estiment qu'après qu'une naine blanche au [[carbone]] de 0,59 M<sub>Sol</sub> avec une atmosphère d'[[hydrogène]] ait mis approximativement 1,5 milliard d'années pour refroidir sa température superficielle à 7140 K, un refroidissement ultérieur de 500 K supplémentaires jusqu'à 6.590 K prendra à peu près 300 millions d'années de plus, alors que les deux étapes suivantes de 500 K (jusqu'à 6030 K puis 5550 K) prendront respectivement 0,4 et 1,1 milliards d'années<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJS..108..339B The Chemical Evolution of Cool White Dwarfs and the Age of the Local Galactic Disk], P. Bergeron, Maria Teresa Ruiz, and S. K. Leggett, ''The Astrophysical Journal Supplement Series'' '''108''', #1 (Janvier 1997), pp. 339-387.</ref>. Bien que la matière d'une naine blanche soit initialement un [[état plasma|plasma]],
Une naine blanche finira néanmoins par se refroidir et devenir une ''[[naine noire]]'' ne rayonnant plus, en équilibre thermique approximatif avec son entourage, et avec le rayonnement du [[fond diffus cosmologique]]. Cependant, on ne pense pas qu'il existe encore aucune naine noire<ref name="osln" />. En première approximation, et en particulier en négligeant l'effet d'écran dû à l'atmosphère, si la naine blanche a une température uniforme, d'après la [[loi de Stefan-Boltzmann]], il est facile de calculer que sa température diminue comme l'inverse de la racine cubique du temps. Si les naines blanches de notre galaxie le plus vieilles, de 8 milliards d'années, ont {{unité|3900|K}}, celles dont l'origine daterait du début du Big Bang (13,5 milliards d'années), ne feraient pas moins que {{unité|3000|K}}.
un fluide composé de [[noyau atomique|noyaux]] et d'[[électron]]s, il a été prédit théoriquement, en 1960, qu'à un stade tardif du refroidissement, elle pourrait se [[cristal]]liser en commençant par le centre de l'étoile<ref name="metcalfe1">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...605L.133M Testing White Dwarf Crystallization Theory with Asteroseismology of the Massive Pulsating DA Star BPM 37093], T. S. Metcalfe, M. H. Montgomery, and A. Kanaan, ''The Astrophysical Journal'' '''605''', #2 (Avril 2004), pp. L133-L136.</ref>. On pense que la structure cristalline serait alors une grille cubique centrée<ref name="cosmochronology" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1988A&A...199L..15B Crystallization of carbon-oxygen mixtures in white dwarfs], J. L. Barrat, J. P. Hansen, and R. Mochkovitch, ''Astronomy and Astrophysics'' '''199''', #1-2 (Juin 1988), pp. L15-L18.</ref>. En 1995, on souligna que des observations [[astérosimologie|astérosismologiques]] de [[#Variabilité|naines blanches pulsantes]] conduisait à une vérification possible de la théorie de la cristallisation<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1995BaltA...4..129W The Status of White Dwarf Asteroseismology and a Glimpse of the Road Ahead], D. E. Winget, ''Baltic Astronomy'' '''4''' (1995), pp. 129-136.</ref>, et en 2004, Travis Metcalfe et une équipe de chercheurs du [[Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics]] estimèrent, sur la base de ces observations, que la masse de [[BPM 37093]] s'était cristallisée à peu près à 90%<ref name="metcalfe1" />{{,}}<ref name="lucy">[http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3492919.stm Diamond star thrills astronomers], David Whitehouse, BBC News, publié le 16 février 2004, consulté le 6 janvier 2007.</ref>{{,}}<ref>[http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0407.html Press release], Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, 2004.</ref>{{,}}<ref>[http://arxiv.org/abs/astro-ph/0411199v1 Whole Earth Telescope observations of BPM 37093: a seismological test of crystallization theory in white dwarfs], A. Kanaan, A. Nitta, D. E. Winget, S. O. Kepler, M. H. Montgomery, T. S. Metcalfe, et al., arXiv:astro-ph/0411199v1, 8 novembre 2004.</ref>. D'autres travaux estiment la masse cristallisée entre 32 et 82 %<ref name="Brassard">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ...622..572B Asteroseismology of the Crystallized ZZ Ceti Star BPM 37093: A Different View], P. Brassard and G. Fontaine, ''The Astrophysical Journal'' '''622''', #1 (Mars 2005), pp. 572-576.</ref>. La plupart des naines blanches observées ont une température de surface relativement élevée, entre {{unité|8000|K}} et {{unité|40000|K}}<ref name="sdssr4" />{{,}}<ref name="villanovavizier">[http://cdsweb.u-strasbg.fr/cgi-bin/Cat?III/235A III/235A: A Catalogue of Spectroscopically Identified White Dwarfs], G.P. McCook and E.M. Sion, on line at the [[Centre de Données astronomiques de Strasbourg]], consulté le 9 mai 2007.</ref>. Une naine blanche passe cependant une plus grande partie de sa vie dans sa phase froide que dans sa phase chaude. Aussi, peut-on s'attendre à ce qu'il y ait plus de naines blanches froides que de chaudes. Après un ajustement des paramètres tenant compte de l'[[biais de sélection|effet de sélection]] (les naines blanches chaudes sont plus facilement observées que les froides), nous trouvons effectivement que la diminution les gammes de températures examinées résulte en une découverte d'un plus grand nombre de naines blanches<ref name="disklf">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1998ApJ...497..294L The Cool White Dwarf Luminosity Function and the Age of the Galactic Disk], S. K. Leggett, Maria Teresa Ruiz, and P. Bergeron, ''The Astrophysical Journal'' '''497''' (Avril 1998), pp. 294-302.</ref>. Ceci tend à cesser lorsque nous observons des naines blanches extrêmement froides. On a observé peu de naines blanches de température inférieure à {{unité|4000|K}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...612L.129G Discovery of New Ultracool White Dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey], Evalyn Gates, Geza Gyuk, Hugh C. Harris, Mark Subbarao, Scott Anderson, S. J. Kleinman, James Liebert, Howard Brewington, J. Brinkmann, Michael Harvanek, Jurek Krzesinski, Don Q. Lamb, Dan Long, Eric H. Neilsen, Jr., Peter R. Newman, Atsuko Nitta, and Stephanie A. Snedden, ''The Astrophysical Journal'' '''612''', #2 (Septembre 2004), pp. L129-L132.</ref> et une des plus froides observée à ce jour, {{lien|fr=WD 0346+246|lang=en|trad=WD 0346+246}}, a une température superficielle approximative de {{unité|3900|K}}<ref name="cool">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ...489L.157H WD 0346+246: A Very Low Luminosity, Cool Degenerate in Taurus], N. C. Hambly, S. J. Smartt, and S. Hodgkin, ''The Astrophysical Journal'' '''489''' (Novembre 1997), pp. L157-L160.</ref>. La raison en est que, comme l'âge de l'Univers est fini<ref>''The Moment of Creation: Big Bang Physics from Before the First Millisecond to the Present Universe'', James S. Trefil, Mineola, New York: Dover Publications, 2004. {{ISBN|0486438139}}.</ref>, les naines blanches n'ont pas encore disposé d'assez de temps pour se refroidir en dessous de cette température. On peut utiliser la [[fonction de luminosité des naines blanches]] pour trouver la date de début de formation des étoiles d'une région. La formation du disque galactique est ainsi estimée à 8 milliards d'années<ref name="disklf" />. Une naine blanche finira par se refroidir et devenir une ''[[naine noire]]'' ne rayonnant plus, en équilibre thermique approximatif avec son entourage, et avec le rayonnement du [[fond diffus cosmologique]]. Cependant, on ne pense pas qu'il existe encore aucune naine noire<ref name="osln" />.


=== Atmosphère et spectre ===
=== Atmosphère et spectre ===


On pense que la plupart des naines blanches sont composées de carbone et d'hydrogène. Malgré cela, la [[spectroscopie]] montre typiquement que la lumière qu'elles émettent provient d'une atmosphère où l'on observe que soit l'hydrogène soit l'hélium domine. L'élément dominant est habituellement au moins mille fois plus abondant que tous les autres éléments. Commme l'a expliqué [[Evry Schatzman]] dans les années 40, on pense que la cause de cette pureté provient de l'importante gravité de surface. Elle sépare gravitairement l'atmosphère de telle façon que les éléments lourds se retrouvent vers le bas et les plus léger au-dessus<ref>{{fr}} [http://adsabs.harvard.edu/abs/1945AnAp....8..143S Théorie du débit d'énergie des naines blanches], Evry Schatzman, ''Annales d'Astrophysique'' '''8''' (Janvier 1945), pp. 143/209.</ref>{{,}}<ref name="physrev">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1990RPPh...53..837K Physics of white dwarf stars], D. Koester and G. Chanmugam, ''Reports on Progress in Physics'' '''53''' (1990), pp. 837/915.</ref>.
On pense que la plupart des naines blanches sont composées de carbone et d'hydrogène. Malgré cela, la [[spectroscopie]] montre typiquement que la lumière qu'elles émettent provient d'une atmosphère où l'on observe que soit l'hydrogène soit l'hélium domine. L'élément dominant est habituellement au moins mille fois plus abondant que tous les autres éléments. Commme l'a expliqué [[Évry Schatzman]] dans les années 40, on pense que la cause de cette pureté provient de l'importante gravité de surface. Elle sépare gravitairement l'atmosphère de telle façon que les éléments lourds se retrouvent vers le bas et les plus léger au-dessus<ref>{{article | prénom1 = Evry| nom1 =Schatzman | titre = Théorie du débit d'énergie des naines blanches | périodique = Annales d'Astrophysique | lien périodique = Astronomy and Astrophysics#Histoire | volume = 8 | mois =janvier | année = 1945 | pages = 143-209 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1945AnAp....8..143S | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref name="physrev">{{article | langue =en | prénom1 = D.| nom1 = Koester| nom2 =G. Chanmugam | titre = Physics of white dwarf stars | périodique = Reports on Progress in Physics | lien périodique = Liste des périodiques en physique#Périodiques généraux | volume = 53 | mois = juillet | année = 1990 | pages = 837-915 | résumé = http://www.iop.org/EJ/abstract/0034-4885/53/7/001/ | doi = 10.1088/0034-4885/53/7/001 | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>. Ce phénomène se produit d'autant plus aisément qu'en absence de production thermique du cœur, il y peu de turbulence susceptible de remélanger les composantes.


Cette atmosphère, seule partie d'une naine blanche qui nous soit visible, serait la partie supérieure d'une enveloppe résiduelle de celle de l'étoile dans sa phase de la [[branche asymptotique des géantes]] (AGB) et peut aussi contenir de la matière accrêtée en provenance du [[milieu interstellaire]]. L'enveloppe consisterait en une couche riche en Hélium, d'une masse ne dépassant pas un centième de la masse totale de l'étoile, laquelle, en cas d'atmosphère dominée par l'hydogène, est enrobée d'une couche riche en hydrogène d'une masse approximative d'un dix-millième de la masse totale de l'étoile<ref name="wden" />{{,}}<ref name="kawaler">White Dwarf Stars, Steven D. Kawaler, in ''Stellar remnants'', S. D. Kawaler, I. Novikov, and G. Srinivasan, publié par Georges Meynet and Daniel Schaerer, Berlin: Springer, 1997. Lecture notes for Saas-Fee advanced course number 25 {{ISBN|3540615202}}.</ref>.
Cette atmosphère, seule partie d'une naine blanche qui nous soit visible, serait la partie supérieure d'une enveloppe résiduelle de celle de l'étoile dans sa phase de la [[branche asymptotique des géantes]] (AGB) et peut aussi contenir de la matière accrétée en provenance du [[milieu interstellaire]]. L'enveloppe consisterait en une couche riche en hélium, d'une masse ne dépassant pas un centième de la masse totale de l'étoile, laquelle, en cas d'atmosphère dominée par l'hydogène, est enrobée d'une couche riche en hydrogène d'une masse approximative d'un dix-millième de la masse totale de l'étoile<ref name="wden" />{{,}}<ref name="kawaler">{{article | langue = en | prénom1 =Steven D. | nom1 = Kawaler | titre = White Dwarf Stars | sous-titre = S. D. Kawaler, I. Novikov et G. Srinivasan, éditeurs | périodique =Lecture notes for Saas-Fee advanced course | éditeur = [[Springer Verlag]] ─ Georges Meynet et Daniel Schaerer | lieu = Berlin | volume = 25 | titre volume =Stellar remnants | année = 1997 | isbn = 3540615202 }}</ref>.


Malgré leur finesse, ces couches externes conditionnent l'évolution thermique de la naine blanche. Les [[électron]]s dégénérés formant la masse de l'étoile constituent de bons conducteurs thermiques. la majeure partie de la masse d'une naine blanche est ainsi quasiment [[isotherme]], et elle est en même temps chaude : une naine blanche avec une température de surface entre 8 000 K et 16 000 K aura la température de son coeur située entre 5 000 000 et 20 000 000 K. Le refroidissement très rapide de la naine blanche n'est empêché que par l'opacité des couches externes aux radiations<ref name="wden"/>
Malgré leur finesse, ces couches externes conditionnent l'évolution thermique de la naine blanche. Les [[électron]]s dégénérés formant la masse de l'étoile constituent de bons conducteurs thermiques. la majeure partie de la masse d'une naine blanche est ainsi quasiment [[isotherme]], et elle est en même temps chaude : une naine blanche avec une température de surface entre 8 000 K et 16 000 K aura la température de son cœur située entre 5 000 000 et 20 000 000 K. Le refroidissement très rapide de la naine blanche n'est empêché que par l'opacité des couches externes aux radiations<ref name="wden"/>


{| class="wikitable" style="float: left"
{| class="wikitable" style="float: left"
Ligne 136 : Ligne 140 :
! colspan="2" | Caractéristiques primaire et secondaire
! colspan="2" | Caractéristiques primaire et secondaire
|-
|-
| A
! A
| Raies H ; aucune raie He I ou d'ion métallique
| Raies H ; aucune raie He I ou d'ion métallique
|-
|-
| B
! B
| raies He I ; aucune raie H ou d'ion métallique
| raies He I ; aucune raie H ou d'ion métallique
|-
|-
| C
! C
| Spectre continu ; pas de raies
| Spectre continu ; pas de raies
|-
|-
| O
! O
| Raies He II accompagnées de raies H ou He I ou d'ion métallique
| Raies He II accompagnées de raies H ou He I ou d'ion métallique
|-
|-
| Z
! Z
| Raies de métaux ; aucune raie H ou He I
| Raies de métaux ; aucune raie H ou He I
|-
|-
| Q
! Q
| Présence de raies du Carone
| Présence de raies du carbone
|-
|-
| X
! X
| Spectre confus ou non classé
| Spectre confus ou non classé
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|-
! colspan="2" | Caractéristique secondaire seulement
! colspan="2" | Caractéristiques secondaires seulement
|-
|-
| P
! P
| Naine blanche magnétique à polarisation détectable
| Naine blanche magnétique à polarisation détectable
|-
|-
| H
! H
| Naine blanche magnétique sans polarisation détectable
| Naine blanche magnétique sans polarisation détectable
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|-
| E
! E
| Présence de lignes d'émission
| Présence de lignes d'émission
|-
|-
| V
! V
| Variable
| Variable
|}
|}


La première tentative de classement des naines blanches apparaît comme le fait de [[Gerard Kuiper]] en 1941<ref name="sionspectra" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1941PASP...53..248K List of Known White Dwarfs], Gerard P. Kuiper, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''53''', #314 (Août 1941), pp. 248/252.</ref>, et depuis, différents schémas de classification ont été proposé et utilisés<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1952ApJ...116..283L The Spectra and Luminosities of White Dwarfs], Willem J. Luyten, ''Astrophysical Journal'' '''116''' (Septembre 1952), pp. 283/290.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1960stat.conf.....G Stellar atmospheres], Jesse Leonard Greenstein, in ''Stars and Stellar Systems'', vol. 6, ''Stellar Atmospheres'', publié par J. L. Greenstein, Chicago: University of Chicago Press, 1960.</ref>.
La première tentative de classement des naines blanches apparaît comme le fait de [[Gerard Kuiper]] en 1941<ref name="sionspectra" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =Gerard P. | nom1 =Kuiper | titre = List of Known White Dwarfs | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume = 53 | numéro = 314 | mois = août | année = 1941 | pages = 248-252 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1941PASP...53..248K | doi = 10.1086/12533510.1086/125335 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>, et depuis, différents schémas de classification ont été proposés et utilisés<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Willem J. | nom1 =Luyten | titre = The Spectra and Luminosities of White Dwarfs | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 116 | mois = septembre | année = 1952 | pages = 283-290 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1952ApJ...116..283L | doi = 10.1086/145612 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= Jesse Leonard|nom1=Greenstein|dir1 = dir |titre=Stars and Stellar Systems |éditeur= University of Chicago Press| lieu = Chicago, IL (E.-U.)|année= 1960|mois= |volume=6 | titre volume = Stellar atmospheres }}</ref>.


Le système actuellement utilisé a été pésenté par Edward M. Sion et ses co-auteurs, en 1983, et a fait depuis l'objet de plusieurs révisions substantielles. Elle classe un spectre à l'aide d'un symbole qui consiste en une lettre initiale, descriptive de la caractéristique primaire du spectre suivie d'une séquence optionelle de lettres descrivant les caractéristiques secondaires du spectre (voir tableau I), et un nombre représentant l'indice de température, calculé en divisant {{unité|50400|K}} par le [[température effective]]. Par exemple :
Le système actuellement utilisé a été pésenté par Edward M. Sion et ses co-auteurs, en 1983, et a fait depuis l'objet de plusieurs révisions substantielles. Elle classe un spectre à l'aide d'un symbole qui consiste en une lettre initiale, descriptive de la caractéristique primaire du spectre suivie d'une séquence optionelle de lettres descrivant les caractéristiques secondaires du spectre (voir tableau I), et un nombre représentant l'indice de température, calculé en divisant {{unité|50400|K}} par le [[température effective]]. Par exemple :
* Une naine blanche dont le spectre montrerait uniquement des raies [[notation spectroscopique|He I]] et une température de {{unité|15000|K}} serait classifiée DB3, ou bien, si la précision de la mesure de la température est garantie, DB3,5.
* Une naine blanche dont le spectre montrerait uniquement des raies [[notation spectroscopique|He I]] et une température de {{unité|15000|K}} serait classifiée DB3, ou bien, si la précision de la mesure de la température est garantie, DB3,5.
* Une naine blanche ayant un [[champ magnétique]] polarisé, une temprature effective de {{unité|17000|K}}, et un spectre dominé par les raies [[notation spectroscopique|He I]] qui aurait aussi des caractéristiques de l'[[hydrogène]] obtiendrait la classification DBAP3. On peut utiliser les symboles ? et : (point d'interrogation et deux points) en cas d'incertitude sur la classification correcte<ref name="villanovar4" />{{,}}<ref name="sionspectra" />.
* Une naine blanche ayant un [[champ magnétique]] polarisé, une température effective de {{unité|17000|K}}, et un spectre dominé par les raies [[notation spectroscopique|He I]] qui aurait aussi des caractéristiques de l'[[hydrogène]] obtiendrait la classification DBAP3. On peut utiliser les symboles ? et : (point d'interrogation et deux points) en cas d'incertitude sur la classification correcte<ref name="villanovar4" />{{,}}<ref name="sionspectra" />.


L'atmosphère des naines blanches de classe spectrale primaire DA est dominées par l'hydrogène. Elles constituent la majorité (~75 %) des naines blanches observées<ref name="wden" />.
L'atmosphère des naines blanches de classe spectrale primaire DA est dominées par l'hydrogène. Elles constituent la majorité (~75 %) des naines blanches observées<ref name="wden" />.


Une petite fraction (~ 0,1 %) ont une atmosphère dominée par le carbone, la classe DQ chaude (plus de {{unité|15000|K}})<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..522D White dwarf stars with carbon atmospheres], Patrick Dufour, James Liebert, G. Fontaine, and N. Behara, ''Nature'' '''450''', #7169 (Novembre 2007), pp. 522–524, Bibcode : [http://adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..522D 2007Natur.450..522D], {{doi|10.1038/nature06318}}</ref>.
Une petite fraction (~&nbsp;0,1%) ont une atmosphère dominée par le carbone, la classe DQ chaude (plus de {{unité|15000|K}})<ref name="behara">{{article | langue =en | prénom1 =Patrick| nom1 =Dufour | nom2 =James Liebert, G. Fontaine et N. Behara | titre = White dwarf stars with carbon atmospheres | périodique = Nature | lien périodique = Nature (revue) | éditeur = [[Nature Publishing Group]] | volume = 450 | numéro = 7169 | mois = novembre | année = 2007 | pages = 522–524 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..522D | doi = 10.1038/nature06318 | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>. Les autres catégories pouvant être classifiées (DB, DC, DO, DZ, et DQ froides) ont une atmosphère dominée par l'hélium, en supposant que ne sont pas présents le carbone et les autres métaux, dont la classe spectrale vue dépend de la [[température effective]]. Pour des températures approximatives de {{unité|100000|K}} à {{unité|45000|K}}, le spectre est de classe DO, dominé par l'hélium simplement ionisé. De {{unité|30000|K}} à {{unité|12000|K}}, le spectre est DB, avec des raies d'hélium neutre, et en dessous d'à peu près {{unité|12000|K}}, le spectre n'est pas caractérisé et sera classé DC<ref name="kawaler" />{{,}}<ref name="wden" />.


La raison de l'absence de naines blanches avec une atmosphère où l'hélium domine, dans la gamme de {{unité|30000|K}} à {{unité|45000|K}}, appelée le « DB gap » (« trou DB ») n'est pas claire. On soupçonne qu'elle est due à la conjonction de processus évolutifs de l'atmosphère, tels que la séparation gravitationnelle et le brassage convectif<ref name="wden" />.
Les autres catégories pouvant être classifiées (DB, DC, DO, DZ, et DQ froides) ont une atmosphère dominée par l'hélium, en supposant que ne sont pas présents le carbone et les autres métaux, dont la classe spectrale vue dépnd de la [[température effective]]. Pour des températures approximatives de {{unité|100000|K}} et {{unité|45000|K}}, le spectre est de classe DO, domniné par l'Helium simplement ionisé. De {{unité|30000|K}} à {{unité|12000|K}}, le spctre est DB, avec des raies d'hélium neutre, et en dessous d'à peu près {{unité|12000|K}}, le spectre n'est pas caractérisé et sera classé DC<ref name="kawaler" />{{,}}<ref name="wden" />.

La raison de l'absence de naines blanches avec une atmosphère où l'hélium domine et une température de {{unité|30000|K}} à {{unité|45000|K}}, appelé le "DB gap" ("fossé DB") n'est pas claire. On suspecte qu'elle est due à la conjonction de processus évolutifs de l'atmosphére, tels que la séparation gravitationnelle et le brassage convectif<ref name="wden" />.


=== Champ magnétique ===
=== Champ magnétique ===


[[Patrick Blackett]] avait présenté des lois physiques affirmant qu'un corps non chargé en rotation devait générer un champ magnétique proportionnel à son [[moment]]. En conséquence, il avait prédit en 1947 que les naines blanches disposaient à leur surface de [[champ magnétique|champs magnétiques]] d'une force de ~1 million de [[Gauss (unité)|gauss]] (soit ~100 [[tesla (unité)|tesla]]s)<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1947Natur.159..658B The magnetic field of massive rotating bodies], P. M. S. Blackett, ''Nature'' '''159''', #4046 (17 mai 1947), pp. 658/666.</ref>. Cette loi putative, parfois appelée l'''{{lien|fr=effet Blackett|lang=en|trad=Blackett effect}}'', n'obtint jamais un accord général, et vers les années 50, Blackett eut le sentiment qu'elle avait été réfutée<ref>[http://links.jstor.org/sici?sici=0080-4606%28197511%2921%3C1%3APMSBBB%3E2.0.CO%3B2-W Patrick Maynard Stuart Blackett, Baron Blackett, of Chelsea, 18 novembre 1897-13 juillet 1974], Bernard Lovell, ''Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society'' '''21''' (Novembre 1975), pp. 1/115.</ref>. Dans les années 60, on proposa l'idée que les naines blanches pouvaient avoir des champs magnétiques du fait de la conservation du [[flux magnétique]] total de surface durant l'évolution d'une étoile non-dégénérée en naine blanche. Un champ magnétique superficiel de ~100 gauss (0,01 T) dans l'étoile initiale deviendrait un champ magnétique suprficiel de ~100·100<sup>2</sup>=1 million de gauss (100 T), une fois le rayon de l'étoile concentré d'un facteur 100<ref name="physrev" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1969Ap&SS...4..464G Coherent Mechanisms of Radio Emission and Magnetic Models of Pulsars], V. L. Ginzburg, V. V. Zheleznyakov, and V. V. Zaitsev, ''Astrophysics and Space Science'' '''4''' (1969), pp. 464/504.</ref>. La première naine blanche magnétique observée fut {{lien|fr=GJ 742|lang=en|trad=GJ 742}} dont on détecta le champ magnétique en 1979 grâce à son émission de lumière à {{lien|fr=polarisation circulaire|lang=en|trad=circular pollarization}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1970ApJ...161L..77K Discovery of Circularly Polarized Light from a White Dwarf], James C. Kemp, John B. Swedlund, J. D. Landstreet, and J. R. P. Angel, ''The Astrophysical Journal'' '''161''' (Août 1970), pp. L77/L79.</ref>. On pense qu'elle a un champ magnétique en surface de 300 million de gauss (30 kT)<ref name="physrev" />.
[[Patrick Blackett]] avait présenté des lois physiques affirmant qu'un corps non chargé en rotation devait générer un champ magnétique proportionnel à son [[moment angulaire]]. En conséquence, il avait prédit en 1947 que les naines blanches disposaient à leur surface de [[champ magnétique|champs magnétiques]] d'une force de ~1 million de [[Gauss (unité)|gauss]] (soit ~100 [[tesla (unité)|tesla]]s)<ref>{{article | langue =en | prénom1 = P. M. S.| nom1 = Blackett | titre = The magnetic field of massive rotating bodies | périodique = Nature | lien périodique = Nature (revue) | éditeur = [[Nature Publishing Group]] | volume = 159 | numéro = 4046 | mois = mai | année = 1947 | pages = 658-666 | doi = 10.1038/159658a0 }}</ref>. Cette loi putative, parfois appelée l'''[[effet Blackett]]'', ne rallia jamais de consensus, et vers les années 50, Blackett eut le sentiment qu'elle avait été réfutée<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1=Bernard |nom1=Lovell |titre=Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society Patrick Maynard Stuart Blackett, Baron Blackett, of Chelsea, 18 novembre 1897-13 juillet 1974|éditeur= The Royal Society| lien éditeur =http://links.jstor.org/sici?sici=0080-4606%28197511%2921%3C1%3APMSBBB%3E2.0.CO%3B2-W| lieu = Londres|année=1975 |mois= novembre|volume= 21|titre volume =Patrick Maynard Stuart Blackett, Baron Blackett, of Chelsea, 18 novembre 1897-13 juillet 1974 |consulté le= 5 octobre 2009 }}</ref>. Dans les années 60, on proposa l'idée que les naines blanches pouvaient avoir des champs magnétiques du fait de la conservation du [[flux magnétique]] total de surface durant l'évolution d'une étoile non-dégénérée en naine blanche. Un champ magnétique superficiel de ~100 gauss (0,01 T) dans l'étoile initiale deviendrait un champ magnétique superficiel de ~100×100<sup>2</sup>=1 million de gauss (100 T), une fois le rayon de l'étoile concentré d'un facteur 100<ref name="physrev" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =V. L. | nom1 = Ginzburg| nom2 =V. V. Zheleznyakov et V. V. Zaitsev | titre = Coherent Mechanisms of Radio Emission and Magnetic Models of Pulsars | périodique =Astrophysics and Space Science | volume = 4 | année =1969 | pages = 464-504 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1969Ap&SS...4..464G | doi = 10.1007/BF00651351 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>. La première naine blanche magnétique observée fut [[GJ 742]] dont on détecta le champ magnétique en 1979 grâce à son émission de lumière à [[Polarisation (optique)#Explication du phénomène|polarisation circulaire]]<ref>{{article | langue =en | prénom1 = James C.| nom1 =Kemp | nom2 =John B. Swedlund, J. D. Landstreet et J. R. P. Angel | titre = Discovery of Circularly Polarized Light from a White Dwarf | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal| volume = 161 | mois = août | année =1970 | pages = L77-L79 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1970ApJ...161L..77K | doi = 10.1086/180574 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>. On pense qu'elle a un champ magnétique en surface de {{unité|3|e=8|gauss}} (30 kT)<ref name="physrev" />.


Depuis, on a découvert des champ magnétique sur bien plus de 100 naines blanches, dans une gamme s'étalant de 2×10<sup>3</sup> à 10<sup>9</sup> gauss (de 0,2 T à 100 kT). Seul un petit nombre de naines blanches a fait l'objet d'une recherche de champ magnétique, et on a estimé qu'au moins 10 % des naines blanches ont un champ magnétique excédant 1 million de gauss (100 T)<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007A&A...462.1097J The fraction of DA white dwarfs with kilo-Gauss magnetic fields], S. Jordan, R. Aznar Cuadrado, R. Napiwotzki, H. M. Schmid, and S. K. Solanki, ''Astronomy and Astrophysics'' '''462''', #3 (11 février 2007), pp. 1097/1101.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?2003AJ....125..348L The True Incidence of Magnetism Among Field White Dwarfs], James Liebert, P. Bergeron, and J. B. Holberg, ''Astronomical Journal'' '''125''', #1 (janvier 2003), pp. 348/353.</ref>.
Depuis, on a découvert des champ magnétique sur bien plus de 100 naines blanches, dans une gamme s'étalant de {{unité|2|e=3|gauss}} à 10{{exp|9}}&nbsp;gauss (de 0,2&nbsp;T à 10{{exp|5}}&nbsp;T). Seul un petit nombre de naines blanches a fait l'objet d'une recherche de champ magnétique, et on a estimé qu'au moins 10 % des naines blanches ont un champ magnétique excédant 1 million de gauss (100 T)<ref>{{article | langue =en | prénom1 = S.| nom1 =Jordan | nom2 = R. Aznar Cuadrado, R. Napiwotzki, H. M. Schmid et S. K. Solanki| titre = The fraction of DA white dwarfs with kilo-Gauss magnetic fields | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | éditeur = [[EDP Sciences]] | volume = 462 | numéro =3 | mois = février | année = 2007 | pages = 1097-1101 | issn = | isbn = | url texte = arXiv:astro-ph/0610875v2 |résumé =http://adsabs.harvard.edu/abs/2007A&A...462.1097J | doi = 10.1051/0004-6361:20066163 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =James | nom1 =Liebert | nom2 = P. Bergeron et J. B. Holberg| titre = The True Incidence of Magnetism Among Field White Dwarfs | périodique = The Astronomical Journal | lien périodique = Astronomical Journal | volume = 125 | numéro =1 | mois = janvier | année = 2003 | pages = 348-353 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2003AJ....125..348L | doi = 10.1086/345573 | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>.


== Variabilité ==
== Variabilité ==
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{| class="wikitable" style="float: right"
{| class="wikitable" style="float: right"
|+ colspan=2 align=center | Tableau II : ''Types de naines blanches à pulsation''
<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://cdsweb.u-strasbg.fr/afoev/var/zz.htx | titre = Variables du type ZZ Ceti | auteur = Asociation française des observateurs d'étoiles variables (AFOEV)|site = http://cdsweb.u-strasbg.fr/ Centre de données astronomiques de Strasbourg | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref name="quirion" />
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| '''DAV''' ([[Catalogue astronomique#Principaux catalogues astronomiques|GCVS]] : ''ZZA'')
| '''DAV''' ({{lien|Catalogue général des étoiles variables|lang=en|trad=GCVS|text=GCVS}}<ref>{{lien|fr=Catalogue général des étoiles variables|lang=en|trad=General Catalogue of Variable Stars}}</ref>: ''ZZA'') || [[Naine blanche#Atmosphère_et_spectre|type spectral]] DA, n'ayant que des raies d'absorption de l'[[hydrogène]] dans leur spectre.
| [[Naine blanche#Atmosphère_et_spectre|type spectral]] DA, n'ayant que des raies d'absoption de l'[[hydrogène]] dans leur spectre.
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| '''DBV''' (GCVS: ''ZZB'') || type spectral DB, n'ayant que des raies d'absorption de l'[[hélium]] dans leur spectre
| '''DBV''' (GCVS : ''ZZB'')
| type spectral DB, n'ayant que des raies d'absorption de l'[[hélium]] dans leur spectre
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| '''GW Vir''' (GCVS: ''ZZO'') || Atmosphère principalement composée de C, He et O ;<br />peut être divisée en étoiles '''DOV''' et '''PNNV'''
| '''GW Vir''' (GCVS: ''ZZO'')
| Atmosphère principalement composée de C, He et O ;<br />peut être divisée en étoiles '''DOV''' et '''PNNV'''
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| colspan=2 align=center | ''Types de naines blanches à pulsation''

<ref>[http://cdsweb.u-strasbg.fr/afoev/var/ezz.htx ZZ Ceti variables], Association Française des Observateurs d'Etoiles Variables, web page at the Centre de
Données astronomiques de Strasbourg, consulté le 6 juin 2007.</ref>{{,}}<ref name="quirion" />
|}
|}


:''Voir aussi : {{lien|fr=Naine blanche à pulsations|lang=en|trad=Pulsating white dwarf}}, [[#Variables cataclysmique|Variables cataclysmique]]'',
'''Voir aussi : ''' ''[[Naine blanche à pulsations]], [[#Variables cataclysmiques|Variables cataclysmiques]]''.</center>


Les premiers calculs suggérèrent l'existence de naines blanches à la [[luminosité]] [[étoile variable|variable]], ayant une période de l'ordre de 10 secondes, mais les recherches, dans les années 60 ne permirent pas de les observer<ref name="physrev" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1967ApJ...148L.161L Ultrashort-Period Stellar Oscillations. I. Results from White Dwarfs, Old Novae, Central Stars of Planetary Nebulae, 3C 273, and Scorpius XR-1], George M. Lawrence, Jeremiah P. Ostriker, and James E. Hesser, ''The Astrophysical Journal'' '''148''', #3 (Juin 1967), pp. L161/L163.</ref>.
Les premiers calculs suggérèrent l'existence de naines blanches à la [[luminosité]] [[étoile variable|variable]], ayant une période de l'ordre de 10 secondes, mais les recherches, dans les années 60 ne permirent pas de les observer<ref name="physrev" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = George M. | nom1 =Lawrence | nom2 = Jeremiah P. Ostriker et James E. Hesser| titre = Ultrashort-Period Stellar Oscillations. I. Results from White Dwarfs, Old Novae, Central Stars of Planetary Nebulae, 3C 273, and Scorpius XR-1 | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 148 | numéro = 3 | mois = juin | année = 1967 | pages = L161-L163 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1967ApJ...148L.161L | doi = 10.1086/180037 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>.


En 1965 et 1966, {{lien|fr=Arlo Landolt|lang=en|trad=Arlo U. Landolt|}} découvrit la première naine blanche variable, avec une période d'approximativement 12,5 minutes<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1968ApJ...153..151L A New Short-Period Blue Variable], Arlo U. Landolt, ''The Astrophysical Journal'' '''153''', #1 (Juillet 1968), pp. 151/164.</ref>. La raison de cette période plus longue que celle prévue est que la variabilité de HL Tau 76, comme celle des autres naines blanches variables à pulsation connues, provient d'ondes gravitaires de pulsations non-radiale<ref name="physrev" />. Les types connus de naines blanches à pulsation comprennent les étoiles ''DAV'', ou ''ZZ Ceti'', y compris HL tau 76, avec des atmosphères où domine l'hydrogène et un type spectral DA<ref name="physrev" />, les étoiles ''DBV'', ou ''V777 Her'', aux atmosphères dominée par l'hélium et un type spectral DB<ref name="wden">White dwarfs, Gilles Fontaine and François Wesemael, in ''Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics'', ed. Paul Murdin, Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing and London, New York and Tokyo: Nature Publishing Group, 2001. ISBN 0333750888.</ref>, et les étoiles ''GW Vir'' (parfois subdividées en étoiles ''DOV'' et ''PNNV''), aux atmosphères dominées par l'hélium, le carbone, et l'oxygène<ref name="quirion">[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJS..171..219Q Mapping the Instability Domains of GW Vir Stars in the Effective Temperature-Surface Gravity Diagram], P.-O. Quirion, G. Fontaine, and P. Brassard, ''The Astrophysical Journal Supplement Series'' '''171''', #1 (Juillet 2007), pp. 219/248.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A%26A...426L..45N Detection of non-radial g-mode pulsations in the newly discovered PG 1159 star HE 1429-1209], T. Nagel and K. Werner, ''Astronomy and Astrophysics'' '''426''' (2004), pp. L45/L48.</ref>.
En 1965 et 1966, [[Arlo Landolt]] découvrit HL Tau 76, la première naine blanche variable, avec une période d'approximativement 12,5 minutes<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Arlo U.| nom1 = Landolt| titre = A New Short-Period Blue Variable | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 153 | numéro =1 | mois = juillet | année = 1968 | pages = 151-164 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/1968ApJ...153..151L | doi = 10.1086/149645 | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>. La raison de cette période plus longue que prévu est que la variabilité de HL Tau 76, comme celle des autres naines blanches variables à pulsations connues, provient de modes de pulsation non-radiaux<ref name="physrev" />. Les types connus de naines blanches à pulsations comprennent les étoiles ''DAV'', ou ''ZZ Ceti'', dont HL Tau 76, avec des atmosphères où domine l'hydrogène et un type spectral DA<ref name="physrev" />, les étoiles ''DBV'', ou ''V777 Her'', aux atmosphères dominée par l'hélium et un type spectral DB<ref name="wden">White dwarfs, Gilles Fontaine and François Wesemael, in ''Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics'', ed. Paul Murdin, Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing and London, New York and Tokyo: Nature Publishing Group, 2001. ISBN 0333750888.</ref>, et les étoiles ''GW Vir'' (parfois subdivisées en étoiles ''DOV'' et ''PNNV''), aux atmosphères dominées par l'hélium, le carbone, et l'oxygène<ref name="quirion">{{article | langue =en | prénom1 = P.-O.| nom1 = Quirion| nom2 =G. Fontaine et P. Brassard | titre = Mapping the Instability Domains of GW Vir Stars in the Effective Temperature-Surface Gravity Diagram | périodique = The Astrophysical Journal Supplement Series | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 426 | année = 2004 | pages = L45-L48 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJS..171..219Q | doi = 10.1086/513870 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = T.| nom1 = Nagel | nom2 =K. Werner | titre = Detection of non-radial g-mode pulsations in the newly discovered PG 1159 star HE 1429-1209 | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | éditeur = [[EDP Sciences]] | volume = 426 | année = 2004 | pages = L45-L48 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A%26A...426L..45N | doi = 10.1051/0004-6361:200400079 | consulté le =5 octobre 2009 }}</ref>.


Les étoiles GW Vir ne sont pas, stricto sensu, des naines blanches, mais des étoiles dont la position sur le [[diagramme de Hertzsprung-Russell]] est située entre la [[branche asymptotique des géantes]] et la région des naines blanches. On peut les appeler des ''pré-naines blanches''<ref name="quirion" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ApJ...532.1078O The Extent and Cause of the Pre-White Dwarf Instability Strip], M. S. O'Brien, ''The Astrophysical Journal'' '''532''', #2 (Avril 2000), pp. 1078/1088.</ref>. Ces variables présentent toutes de petites variations d'émission lumineuse, provenant d'une superposition de modes vibratoire avec des périodes variant de la centaine au millier de secondes. L'observation de ces variations révèlent des éléments à caractère [[astrosismologie|astrosismologiques]] sur les entrailles des naines blanches<ref>[http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/10/49/014 Asteroseismology of white dwarf stars], D. E. Winget, ''Journal of Physics: Condensed Matter'' '''10''', #49 (14 décembre 1998), pp. 11247/11261. DOI 10.1088/0953-8984/10/49/014.</ref>.
Les étoiles GW Vir ne sont pas, stricto sensu, des naines blanches, mais des étoiles dont la position sur le [[diagramme de Hertzsprung-Russell]] est située entre la [[branche asymptotique des géantes]] et la région des naines blanches. On peut les appeler des ''pré-naines blanches''<ref name="quirion" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = M. S.| nom1 = O'Brien | titre = The Extent and Cause of the Pre-White Dwarf Instability Strip | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 532 | numéro = 2 | mois = avril | année = 2000 | pages = 1078-1088 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2000ApJ...532.1078O | doi = 10.1086/308613 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>. Ces variables présentent toutes de petites variations d'émission lumineuse, provenant d'une superposition de modes vibratoires avec des périodes variant de la centaine au millier de secondes. L'observation de ces variations donnent des informations [[astérosismologie|astérosismologiques]] sur l'intérieur des naines blanches<ref name="condmat">{{article | langue =en | prénom1 =D. E. | nom1 =Winget | titre = Asteroseismology of white dwarf stars | périodique = Journal of Physics : Condensed Matter | volume = 10 | numéro = 49 | mois = décembre | année = 1998 | pages = 11247-11261 | résumé = http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/10/49/014|issn = 0953-8984| issn2 = 1361-648X| doi = 10.1088/0953-8984/10/49/014 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>.


== Destin ==
== Destin ==


Une fois formée, une naine blanche est stable, et elle va continuer de se refroidir presque indéfiniment ; finalement, elle deviendra une naine blanche noire, appelée aussi une "[[naine noire]]". En supposant que l'[[Univers]] maintienne son expansion, on pense que dans 10<sup>19</sup> à 10<sup>20</sup> [[année]]s, les galaxies s'évaporeront, leurs étoiles s'échappant dans l'espace intergalactique<ref name="fate">[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997RvMP...69..337A A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects], Fred C. Adams and Gregory Laughlin, ''Reviews of Modern Physics'' '''69''', #2 (Avril 1997), pp. 337/372.</ref>. Les naines blanches devraient en général y survivre, bien qu'une collision occasionnelle entre des naines blanches puisse produire une nouvelle étoile en [[fusion nucléaire|fusion]] ou une naine blanche de masse super-Chandrasekhar qui exploserai en une {{Lien|fr=Supernova de type I|lang=en|trad=Type I supernova|}}<ref name="fate" />. On suppose que la durée de vie subséquente de la naine blanche est de l'ordre de celle du [[proton]], connue pour être au minimum de 10<sup>32</sup> années. Quelques [[théorie de la grande unification|théories de la grande unification]] simples prédisent une durée de {{lien|fr=désintégration du proton|lang=en|trad=proton decay}} non supérieur à 10<sup>49</sup> années. Si ces théories ne sont pas valables, le proton peut se désintégrer selon des processus nucléaires plus compliqués, ou par des processus de [[gravité quantique|gravitation quantique]] faisant intervenir un {{lien|fr=trou noir virtuel|lang=en|trad=virtual black hole}} ; dans ces cas, la durée de vie est estimée pas supérieure à 10<sup>200</sup> années. Si les protons se décomposent effectivement, la masse d'une naine blanche diminuera très progressivement avec le temps, au fur et à mesure de la décomposition de de ses [[noyau atomique|noyaux]], jusqu'à perdre suffisamment de masse pour devenir une boule de matière non-dégénérée, pour enfin disparaître complètement<ref name="fate" />.
Une fois formée, une naine blanche est stable, et elle va continuer à se refroidir presque indéfiniment ; finalement, elle deviendra une naine blanche noire, appelée aussi une « [[naine noire]] ». En supposant que l'[[Univers]] maintienne son expansion, on pense que dans 10<sup>19</sup> à 10<sup>20</sup> [[année]]s, les galaxies s'évaporeront, leurs étoiles s'échappant dans l'espace intergalactique<ref name="fate">{{article | langue =en | prénom1 =Fred C. | nom1 =Adams | nom2 =Gregory Laughlin | titre = A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects | périodique = [[Reviews of Modern Physics]] | volume = 69 | numéro =2 | mois =avril | année = 1997 | pages = 337-372 | url texte = http://arxiv.org/abs/astro-ph/9701131| doi = 10.1103/RevModPhys.69.337 | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>. Les naines blanches devraient en général y survivre, bien qu'une collision occasionnelle entre des naines blanches puisse produire une nouvelle étoile en [[fusion nucléaire|fusion]] ou une naine blanche de masse super-Chandrasekhar qui exploserait en une supernova de type '''I'''<ref name="fate" />. On suppose que la durée de vie subséquente de la naine blanche est de l'ordre de celle du [[proton]], connue pour être au minimum de 10<sup>32</sup> années. Quelques [[théorie de la grande unification|théories de la grande unification]] simples prédisent une [[période radioactive]] du proton inférieure à 10<sup>49</sup> années. Si ces théories ne sont pas valables, le proton peut se désintégrer selon des processus nucléaires plus compliqués, ou par des processus de [[gravité quantique|gravitation quantique]] faisant intervenir un [[trou noir virtuel]] ; dans ces cas, la durée de vie peut alller jusqu'à 10<sup>200</sup> années. Si les protons se désintègrent effectivement, la masse d'une naine blanche diminuera très progressivement avec le temps, au fur et à mesure de la désintégration de de ses [[noyau atomique|noyaux]], jusqu'à perdre suffisamment de masse pour devenir une boule de matière non-dégénérée, puis disparaître complètement<ref name="fate" />.


== Système stellaire ==
== Système stellaire ==


Les système [[système stellaire|stellaire]] et [[système planétaire|planétaire]] d'une naine blanche sont des héritages de ses étoile génitrices et ils peuvent interagir avec la naine blanche de façons variées. Les observations en [[spectroscopie infrarouge]] du [[Spitzer (télescope spatial)|télescope spatial Spitzer]] de la [[NASA]] portant sur l'étoile centrale de la [[Nébuleuse Helix]] suggèrent la présence d'un nuage de poussière peut-être causé par des collisoion cométaires. Il est possible que des chutes de matière résultantes soient la cause des ces émissions de l'étoile centrale.<ref>[http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/6357765.stm Comet clash kicks up dusty haze], BBC News, 13 février 2007, consulté le 20 septembre 2007.</ref>{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJ...657L..41S A Debris Disk around the Central Star of the Helix Nebula?], K. Y. L. Su, Y.-H. Chu, G. H. Rieke, P. J. Huggins, R. Gruendl, R. Napiwotzki, T. Rauch, W. B. Latter, and K. Volk, ''The Astrophysical Journal'' '''657''', #1 (Mars 2007), pp. L41/L45.</ref>. Des observations similaires, réalisées en 2004, ont indiqué la présence d'un nuage de poussières autour de la jeune naine blanche [[G29-38]] (dont on estime la formation à 500 millions d'années, à partir de son géniteur provenant de la [[branche asymptotique des géantes]]), qui peut avoir été créé par le démantèlement de comètes passées à proximité, du fait des [[force de marée|forces de marées]] générées par la naine blanche<Wref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ...635L.161R The Dust Cloud around the White Dwarf G29-38], William T. Reach, Marc J. Kuchner, Ted von Hippel, Adam Burrows, Fergal Mullally, Mukremin Kilic, and D. E. Winget, ''The Astrophysical Journal'' '''635''', #2 (Décembre 2005), pp. L161/L164.</ref>. Si une naine blanche fait partie d'un [[système stellaire]] (donc qu'elle est dotée de compagnons stellaires, une grande variété de phénomènes peuvent se produire, y compris la transformation en [[nova]] ou en supernova de type I. Elle peut aussi devenir une source de [[rayon X|rayons X]] de très basse énergie, si elle est capable de prendre de la matière à ses compagnons suffisamment rapidement pour maintenir les réactions de fusion nucléaire à sa surface.
Les systèmes [[système stellaire|stellaire]] et [[système planétaire|planétaire]] d'une naine blanche sont des héritages de son étoile génitrice et ils peuvent interagir avec la naine blanche de façons variées. Les observations en [[spectroscopie infrarouge]] du [[Spitzer (télescope spatial)|télescope spatial Spitzer]] de la [[National Aeronautics and Space Administration|NASA]] portant sur l'étoile centrale de la [[NGC 7293|nébuleuse de l'Hélice]] suggèrent la présence d'un nuage de poussière peut-être causé par des collisions cométaires. Il est possible que des chutes de matière résultantes soient la cause des émissions de l'étoile centrale.<ref>{{en}}{{Lien web | url = http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/6357765.stm | titre = Comet clash kicks up dusty haze | auteur = BBC News | année = 2007 | mois =février | consulté le = 5 octobre 2009}}</ref>{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = K. Y. L.| nom1 =Su| nom2 =Y.-H. Chu, G. H. Rieke, P. J. Huggins, R. Gruendl, R. Napiwotzki, T. Rauch, W. B. Latter et K. Volk | titre = A Debris Disk around the Central Star of the Helix Nebula ? | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 657 | numéro = 1 | mois = mars | année = 2007 | pages = L41-L45 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2007ApJ...657L..41S | doi = 10.1086/513018 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>. Des observations similaires, réalisées en 2004, ont indiqué la présence autour de la jeune naine blanche [[G29-38]] (dont on estime la formation à 500 millions d'années, à partir de son géniteur provenant de la [[diagramme de Hertzsprung-Russell|branche asymptotique des géantes]]) d'un nuage de poussières qui peut avoir été créé par le démantèlement de comètes passées à proximité, du fait des [[force de marée|forces de marée]] engendrées par la naine blanche<ref>{{article | langue =en | prénom1 = William T.| nom1 =Reach | nom2 = Marc J. Kuchner, Ted von Hippel, Adam Burrows, Fergal Mullally, Mukremin Kilic, and D. E. Winget| titre = The Dust Cloud around the White Dwarf G29-38 | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 635 | numéro = 2 | mois = décembre | année = 2005 | pages = L161-L164 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2005ApJ...635L.161R | doi = 10.1086/499561 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>. Si une naine blanche fait partie d'un [[système stellaire]] (donc qu'elle est dotée de compagnons stellaires, une grande variété de phénomènes peuvent se produire, y compris la transformation en [[nova]] ou en supernova de type I. Elle peut aussi devenir une source de [[rayon X|rayons X]] de très basse énergie, si elle est capable de prendre de la matière à ses compagnons suffisamment rapidement pour maintenir les réactions de fusion nucléaire à sa surface.


=== Supernova de type Ia===
=== Supernova de type Ia===


[[Fichier:Main tycho remnant full.jpg|right|thumb|150px|Image composite de [[SN 1572]] ou "Nova de [[Tycho Brahe|Tycho]]", un rémanent d'une supernova de type Ia.]]
[[Fichier:Main tycho remnant full.jpg|right|thumb|150px|Image composite{{refl|a}} de rémanent d'une supernova de type Ia : [[SN 1572]] ou « Nova de [[Tycho Brahe|Tycho]] »]]


Article principal : {{Lien|fr=Supernova de type Ia|lang=en|Trad=Type Ia supernova}}
{{Article détaillé|Supernova}}


La masse d'une naine blanche isolée, qui ne serait pas en rotation, ne peut excéder la [[limite de Chandrasekhar]] d'à peu près 1,4 M<sub>Sol</sub> (Note : cette limite peut croître dans le cas d'une rotation rapide non uniforme de la naine blanche)<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A&A...419..623Y Presupernova Evolution of Accreting White Dwarfs with Rotation], S.-C. Yoon and N. Langer, ''Astronomy and Astrophysics'' '''419''', #2 (Mai 2004), pp. 623/644, consulté le 30 mai 2007.</ref>. Cependant, les naines blanches dans les [[système binaire|systèmes binaires]] peuvent accréter de la matière de leurs compagnons, ce qui augmente et leur masse et leur densité (cf supra). Lorsque leur masse approche la limite de Chandrasekhar, cela peut théoriquement mener soit à l'allumage explosif des réactions de [[fusion nucléaire]] dans la naine blanche, ou à son effondrement en [[étoile à neutrons]]<ref name="collapse" />. L'accrétion fournit le mécanisme actuellement favori, le "modèle à dégénérescence simple" pour les {{lien|fr=supernova de type Ia|lang=en|trad=type Ia supernova}}. dans ce modèle, une naine blanche à carbone-oxygène accrête de la matière de son étoile-compagnon<ref name="sniamodels" />, en augmentant sa masse et en comprimant son coeur. On pense que le chauffage {{lien|fr=compression physique|lang=en|trad=physical compression|text=dû à la compression}} du coeur mène à l'[[combustion du carbone (réaction de fusion nucléaire)|allumage]] de la [[processus de combustion du carbone|fusion du carbone]] lorsque la masse se rapproche de la limte de Chandrasekhar<ref name="sniamodels" />.
La masse d'une naine blanche isolée, qui ne serait pas en rotation, ne peut excéder la [[limite de Chandrasekhar]] d'à peu près 1,4 M<sub><math>\scriptstyle\odot</math></sub> (Note : cette limite peut croître dans le cas d'une rotation rapide non uniforme de la naine blanche)<ref>{{article | langue =en | prénom1 = S.-C.| nom1 =Yoon | nom2 =N. Langer | titre = Presupernova Evolution of Accreting White Dwarfs with Rotation | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | volume = 419| numéro =2 | mois = mai | année = 2004 | pages = 623-644 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004A&A...419..623Y | doi = 10.1051/0004-6361:20035822 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>. Cependant, les naines blanches dans les [[système binaire|systèmes binaires]] peuvent accréter de la matière de leur compagnons, ce qui augmente leur masse et leur densité {{supra|#Relation entre la masse et le rayon et masse-limite}}. Lorsque leur masse approche la limite de Chandrasekhar, cela peut théoriquement mener à l'allumage explosif des réactions de [[fusion nucléaire]] dans la naine blanche, ou à son effondrement en [[étoile à neutrons]]<ref name="collapse" />. L'accrétion fournit le mécanisme actuellement favori, le « modèle à dégénérescence simple » pour les supernovæ de type Ia. Dans ce modèle, une naine blanche à carbone-oxygène accrète de la matière de son compagnon<ref name="sniamodels" /> stellaire, en augmentant sa masse et en comprimant son cœur. On pense que le chauffage dû à la [[Compression et détente adiabatique|compression]] du cœur mène à l'[[combustion du carbone (réaction de fusion nucléaire)|allumage]] de la [[processus de combustion du carbone|fusion du carbone]] lorsque la masse se rapproche de la limite de Chandrasekhar<ref name="sniamodels" />.


Comme c'est la pression de dégénérescence quantique de la naine blanche, et non la pression thermique, qui supporte la naine blanche contre les effets de la gravité, l'ajout de chaleur à l'intérieur de l'étoile augmente sa température mais pas sa pression, aussi, en réaction, la naine blanche ne s'expanse pas, pas plus qu'elle ne se refroidit. Au lieu de cela, la température accrue augmente le taux de réaction de fusion, en un processus de {{lien|fr=fuite thermique|lang=en|trad=thermal runaway}} qui s'auto-alimente. La flamme [[thermonucléaire]] consomme une grande partie de la naine blanche en quelques secondes, cause d'une explosion de supernova de type I qui anéantit l'étoile<ref name="osln" />{{,}}<ref name="sniamodels" />{{,}}<ref>[http://adsabs.harvard.edu/abs/2006A&A...453..229B Theoretical light curves for deflagration models of type Ia supernova], S. I. Blinnikov, F. K. Röpke, E. I. Sorokina, M. Gieseler, M. Reinecke, C. Travaglio, W. Hillebrandt, and M. Stritzinger, ''Astronomy and Astrophysics'' '''453''', #1 (Juillet 2006), pp.229/240.</ref>.
Comme c'est la pression de dégénérescence quantique de la naine blanche, et non la pression thermique, qui supporte la naine blanche contre les effets de la gravité, l'ajout de chaleur à l'intérieur de l'étoile augmente sa température mais pas sa pression, aussi, en réaction, la naine blanche ne se dilate pas, ce qui ralentirait l'échauffement. Au lieu de cela, l'accroissement de température augmente la vitesse de la réaction de fusion, en un processus qui s'emballe thermiquement. La détonation [[thermonucléaire]] consomme une grande partie de la naine blanche en quelques secondes, cause d'une explosion de supernova de type I qui anéantit l'étoile<ref name="osln" />{{,}}<ref name="sniamodels" />{{,}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = S. I.| nom1 =Blinnikov | nom2 = F. K. Röpke, E. I. Sorokina, M. Gieseler, M. Reinecke, C. Travaglio, W. Hillebrandt et M. Stritzinger| titre = Theoretical light curves for deflagration models of type Ia supernova | périodique = [[Astronomy and Astrophysics]] | volume = 453 | numéro = 1 | mois = juillet | année = 2006 | pages = 229-240 | url texte = http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603036 | doi = 10.1051/0004-6361:20054594 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>.


Un autre mécanisme est possible pour les supernova de type I : le "modèle à double dégénérescence". Deux naines blanches à carbone-oxygène d'un système binaire fusionnent, créant un objet d'une masse supérieure à la limite de Chandrasekhar dans lequel, alors, s'allume la fusion du carbone<ref name="sniamodels" />.
Un autre mécanisme est possible pour les supernovæ de type I : le « modèle à double dégénérescence ». Deux naines blanches à carbone-oxygène d'un système binaire fusionnent, créant un objet d'une masse supérieure à la limite de Chandrasekhar dans lequel, alors, s'allume la fusion du carbone<ref name="sniamodels" />.


Les [[supernova]]e de type 1a (SN1a) sont des exemples particulièrement intéressants et significatifs de l'utilisation des naines blanches pour la détermination des distances en astronomie. Lorsque la naine blanche explose en une SN1a, elle devient visible à des distances considérables. Comme la courbe de luminosité des supernova est toujours exactement la même, leur survenance permet d'évaluer avec précision et leur distance et, par assimilation, celle de leur galaxie-hôte éventuelle.
Les [[supernova|supernovæ]] de type 1a (SN1a) sont des exemples particulièrement intéressants et significatifs de l'utilisation des naines blanches pour la détermination des distances en astronomie. Lorsque la naine blanche explose en une SN1a, elle devient visible à des distances considérables. Comme les paramètres physiques de l'explosion sont toujours voisins, la courbe de luminosité des supernovæ est approximativement la même, et bien étalonnée : leur survenance permet d'évaluer avec précision leur distance et, par conséquence, celle de leur galaxie-hôte (ce sont des [[Chandelle standard|chandelles standards]]).


=== Variables cataclysmiques ===
=== Variables cataclysmiques ===
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{{Article principal|Variable cataclysmique}}
{{Article principal|Variable cataclysmique}}


Avant que l'accrétion de matière ne pousse une naine blanche aux abords immédiats de la limite de Chandrsekhar, de la matière accrêtée riche en [[hydrogène]] à la surface peut s'enflammer dans un type moins destructeur d'explosion thermonucléaire animée par la [[fusion nucléaire|fusion de l'hydrogène]]. Comme le coeur de la naine blanche demeure intact, ces explosions superficielles peuvent se répéter aussi longtemps que dure l'accrétion. Cette sorte plus faible de phénomène cataclysmique répétitif est appelée une [[nova]] (classique). Les astronomes ont aussi observé des [[naine noire|naines noires]], avec des pics de luminosité plus petits et plus fréquents que les novae classiques. On pense qu'ils sont causés par la libération d'[[énergie potentielle gravitationnelle]] lorsqu'une partie du disque d'accrétion s'effondre sur l'étoile, plutôt que par la fusion. En général, on appelle "[[variable cataclysmique|variables cataclysmiques]]" les systèmes binaires où une naine blanche accrête de la matière provenant de son compagnon stellaire. De même que pour les novae et les naines noires, on connaît de nombreuses classes de ces variables<ref name="osln" />{{,}}<ref name="sniamodels" />{{,}}<ref name="nasa1">[http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/cataclysmic_variables.html Imagine the Universe! Cataclysmic Variables], fact sheet at NASA Goddard, consulté le 4 mai 2007.</ref>{{,}}<ref name="nasa2">[http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/cvs/cvstext.html Introduction to Cataclysmic Variables (CVs)], fact sheet at NASA Goddard, consulté le 4 mai 2007.</ref>. On a pu observer que les variables cataclysmiques de fusion aussi bien que d'acccrétion sont des sources de [[rayon X|rayons X]]<ref name="nasa2" />.
Dans un système binaire serré, avant que l'accrétion de matière ne pousse une naine blanche aux abords immédiats de la limite de Chandrasekhar, de la matière accrétée riche en [[hydrogène]] à la surface peut s'enflammer dans un type moins destructeur d'explosion thermonucléaire animée par la [[fusion nucléaire|fusion de l'hydrogène]]. Comme le cœur de la naine blanche demeure intact, ces explosions superficielles peuvent se répéter aussi longtemps que dure l'accrétion. Cette sorte plus faible de phénomène cataclysmique répétitif est appelée une [[nova]] (classique). Les astronomes ont aussi observé des [[Nova naine|novæ naines]], avec des pics de luminosité plus petits et plus fréquents que les novæ classiques. On pense qu'ils sont causés par la libération d'[[énergie potentielle gravitationnelle]] lorsqu'une partie du disque d'accrétion s'effondre sur l'étoile, plutôt que par la fusion. En général, on appelle « [[variable cataclysmique|variables cataclysmiques]] » les systèmes binaires où une naine blanche accrète de la matière provenant de son compagnon stellaire. Novæ classiques et novæ naines sont rangées en de nombreuses classes<ref name="osln" />{{,}}<ref name="sniamodels" />{{,}}<ref name="nasa1">{{en}}{{Lien web | url = http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/cataclysmic_variables.html | titre = Imagine the Universe ! Cataclysmic Variables | auteur = fact sheet at NASA Goddard | année = 2008 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>{{,}}<ref name="nasa2">{{en}}{{Lien web | url = http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/cvs/cvstext.html | titre = Introduction to Cataclysmic Variables (CVs) | auteur = fact sheet at NASA Goddard | année = 2006 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>. On a pu observer que les variables cataclysmiques de fusion aussi bien que de gravitation sont des sources de [[rayon X]]<ref name="nasa2" />.


== Voir aussi ==
== Voir aussi ==


* [[Associations Robustes d'Objets Baryoniques Massifs (RAMBOs)]]
* [[Type spectral]]
* [[Type spectral]]
* [[Durée de vie des naines blanches, des étoiles à neutrons et des supernovae]]
* [[Étoile à neutrons]]
* [[Étoile à neutrons]]
* [[Étoile PG 1159]]
* [[Étoile PG 1159]]
* [[Matière dégénérée]]
* [[Matière dégénérée]]
* [[Naine blanche à pulsations]]
* [[Naine blanche à pulsations]]
* [[Variable cataclysmique]]
* [[Naine brune]]
* [[Naine brune]]
* [[Naine rouge]]
* [[Naine rouge]]
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* [[Nébuleuse planétaire]]
* [[Nébuleuse planétaire]]
* [[Supernova]]
* [[Supernova]]
* [[Nova]]
* [[Nova naine]]


== Références ==
<references/>


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== Bibliographie ==
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Cet article étant pour l'essentiel traduit de la WP:EN, la bibliographie présentée ci-dessous fait principlament état de littérature anglophone.
Cet article étant pour l'essentiel traduit de la WP:EN, la bibliographie présentée ci-dessous fait principlament état de littérature anglophone.


=== Généralités ===
=== Généralités ===
* Les étoiles naines {{en}}<ref name="kawaler" />

* White Dwarf Stars, Steven D. Kawaler, in ''Stellar remnants'', S. D. Kawaler, I. Novikov, and G. Srinivasan, publié par Georges Meynet and Daniel Schaerer, Berlin: Springer, 1997. Lecture notes for Saas-Fee advanced course number 25. ISBN 3540615202.


=== Physique ===
=== Physique ===
* Trous noirs, naines blanches et étoiles à neutrons : la physique des objets compacts {{en}}<ref>{{ouvrage |langue=en |prénom1= Stuart L.|nom1=Shapiro |nom2=Saul A. Teukolsky |titre= Black holes, white dwarfs, and neutron stars : the physics of compact objects |éditeur=John Wiley & Sons | lieu =New York |année=1983|isbn=0471873179}}</ref>

* Physique des naines blanches {{en}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 =D. | nom1 =Koester | nom2 =G. Chanmugam | titre = Physics of white dwarf stars | périodique = Reports on Progress in Physics | lien périodique = Liste des périodiques en physique#Périodiques généraux | volume = 53 | numéro =7 | mois = | année = | pages =837-915 | doi = 10.1088/0034-4885/53/7/001 | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>.
* ''Black holes, white dwarfs, and neutron stars: the physics of compact objects'', Stuart L. Shapiro and Saul A. Teukolsky, New York: Wiley, 1983. ISBN 0471873179.
* Naines blanches et limite de Chandrasekhar {{en}} <ref>{{en}}{{Lien web | url = http://www.davegentile.com/thesis/White.pdf | titre = White dwarf stars and the Chandrasekhar limit | auteur = Dave Gentile | année = 1995 | éditeur =Université DePaul | consulté le =6 octobre 2009 }}</ref>.
* [http://adsabs.harvard.edu/abs/1990RPPh...53..837K Physics of white dwarf stars], D. Koester and G. Chanmugam, ''Reports on Progress in Physics'' '''53''' (1990), {{p.}}837/915.
* Estimation des paramètres stellaires à partir de l'équipartition de l'énergie {{en}}<ref name ="scibits" />.
* [http://www.davegentile.com/thesis/white_dwarfs.html ''White dwarf stars and the Chandrasekhar limit''], Dave Gentile, Master's thesis, [[DePaul University]], 1995.
* [http://www.sciencebits.com/StellarEquipartition Estimating Stellar Parameters from Energy Equipartition], sciencebits.com. Discussion sur la façon de trouver des relations entre la masse et le rayon et la masse-limite des naines blanches.


===Variabilité===
===Variabilité===
* Astérosismologie des naines blanches {{en}}<ref name="condmat" />.
*[http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/10/49/014 Asteroseismology of white dwarf stars], D. E. Winget, ''Journal of Physics: Condensed Matter'' '''10''', #49 (14 décembre 1998), pp. 11247/11261, {{doi|10.1088/0953-8984/10/49/014}}.


=== Champs magnétiques ===
=== Champs magnétiques ===
* Magnétisme dans les naines blanches isolées et doubles {{en}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = D. T.| nom1 =Wickramasinghe | nom2 =Lilia Ferrario | titre = Magnetism in Isolated and Binary White Dwarfs | périodique = [[Publications of the Astronomical Society of the Pacific]] | volume = 112 | numéro = | mois = juillet | année = 2000| pages = 873–924 | url texte =http://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/316593 | doi = 10.1086/316593 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>
*[http://adsabs.harvard.edu/abs/2000PASP..112..873W Magnetism in Isolated and Binary White Dwarfs], D. T. Wickramasinghe and Lilia Ferrario, ''Publications of the Astronomical Society of the Pacific'' '''112''', #773 (Juillet 2000), pp. 873/924.


=== Fréquence ===
=== Fréquence ===
* Naines blanches et matière noire {{en}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = B. K. | nom1 = Gibson | nom2 = C. Flynn | titre = White Dwarfs and Dark Matter | périodique = Science | lien périodique = Science magazine | éditeur = [[American Association for the Advancement of Science]] | volume = 292 | numéro =5525 | mois = juin | année = 2001 | pages = 2211 | issn = | isbn = | url texte = http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/292/5525/2211a?ck=nck | doi = 10.1126/science.292.5525.2211a | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>.
*[http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/292/5525/2211a?ck=nck White Dwarfs and Dark Matter], B. K. Gibson and C. Flynn, ''Science'' '''292''', #5525 (22 juin 2001), p. 2211, {{doi|10.1126/science.292.5525.2211a}}, PMID 11423620.


=== Observations ===
=== Observations ===
* Tests de la relation masse-rayon des naines blanches avec HIPPARCOS {{en}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = J. L. | nom1 =Provencal | nom2 = H. L. Shipman, Erik Høg, P. Thejll| titre = Testing the White Dwarf Mass-Radius Relation with HIPPARCOS | périodique = The Astrophysical Journal| lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 494 | mois = février | année = 1998 | pages = 759-767 | url texte =http://adsabs.harvard.edu/abs/1998ApJ...494..759P | doi = 10.1086/305238 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>
* [http://adsabs.harvard.edu/abs/1998ApJ...494..759P Testing the White Dwarf Mass-Radius Relation with HIPPARCOS], J. L. Provencal, H. L. Shipman, Erik Hog, P. Thejll, ''The Astrophysical Journal'' '''494''' (20 février 1998), pp. 759/767.
* [http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...612L.129G Discovery of New Ultracool White Dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey], Evalyn Gates, Geza Gyuk, Hugh C. Harris, Mark Subbarao, Scott Anderson, S. J. Kleinman, James Liebert, Howard Brewington, J. Brinkmann, Michael Harvanek, Jurek Krzesinski, Don Q. Lamb, Dan Long, Eric H. Neilsen, Jr., Peter R. Newman, Atsuko Nitta, and Stephanie A. Snedden, ''The Astrophysical Journal'' '''612''', #2 (Septembre 2004), pp. L129/L132.
* Découverte de nouvelles naines blanches ultra-froides dans le [[Sloan Digital Sky Survey]] {{en}}<ref>{{article | langue =en | prénom1 = Evalyn | nom1 =Gates | nom2 =Geza Gyuk, Hugh C. Harris, Mark Subbarao, Scott Anderson, S. J. Kleinman, James Liebert, Howard Brewington, J. Brinkmann, Michael Harvanek, Jurek Krzesinski, Don Q. Lamb, Dan Long, Eric H. Neilsen, Jr., Peter R. Newman, Atsuko Nitta et Stephanie A. Snedden | titre = Discovery of New Ultracool White Dwarfs in the Sloan Digital Sky Survey | périodique = The Astrophysical Journal | lien périodique = Astrophysical Journal | volume = 612 | numéro = 2 | mois = septembre | année = 2004 | pages = L129-L132 | url texte = http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...612L.129G | doi = 10.1086/424568 | consulté le = 6 octobre 2009}}</ref>.
* Catalogue de naines blanches identifiées spectralement (Université de Villanova ─ [[Pennsylvanie]]) {{en}}<ref name="villanovar4" />.
* [http://www.astronomy.villanova.edu/WDCatalog/index.html Villanova University White Dwarf Catalogue WD], G. P. McCook and E. M. Sion.
* Naines blanches munies d'une atmosphère de carbone {{en}}<ref name="behara" />.
* [http://adsabs.harvard.edu/abs/2007Natur.450..522D White dwarf stars with carbon atmospheres], P. Dufour, James Liebert, G. Fontaine, and N. Behara, ''Nature'' '''450''' (22 novembre 2007), pp. 522–524, {{doi|10.1038/nature06318}}, arΧiv:[[arXiv:0711.3227|0711.3227]].

== Notes et Références ==
{{refa|a}}<small>Une image composite est la superposition, en diverses couleurs, d'images prises dans diverses gammes du spectre, souvent non-visibles, comme les rayons X, les ultraviolets, les infrarouges ou les ondes radio. Chacune est reproduite avec une couleur arbitraire, qui n'a a priori rien à voir avec les couleurs naturelles.</small>
{{reflist|2}}


{{Navigation étoiles}}
{{Navigation étoiles}}


{{Portail|Astronomie}}
{{Portail Astronomie}}


[[Catégorie:Évolution stellaire]]
[[Catégorie:Évolution stellaire]]
[[Catégorie:Matière exotique]]
[[Catégorie:Matière exotique]]
[[Catégorie:Matière noire]]
[[Catégorie:Matière noire]]
[[Catégorie:Naine blanche|*]]
[[Catégorie:Naine blanche]]
[[Catégorie:Phénomène stellaire]]
[[Catégorie:Phénomène stellaire]]
[[Catégorie:Type d'étoile]]
[[Catégorie:Type d'étoile]]

Version du 6 octobre 2009 à 23:08

Discussion:Naine blanche/Traduction

Image de Sirius A and Sirius B prise par le télescope spatial Hubble. Sirius B est une naine blanche visible comme un petit point en bas à gauche de Sirius A, beaucoup plus brillant.

Une naine blanche, appelée aussi naine dégénérée est une étoile de petite taille composée essentiellement de matière dégénérée. De masse comparable à celle du Soleil, pour un volume comparable à celui de la Terre, sa densité est très élevée. Sa température de surface, qui peut être élevée, provient de l'émission de l'énergie thermique stockée au cœur de l'étoile[1]. Malgré cela, elle a une faible luminosité totale, en raison de sa petite superficie. Les naines blanches constituent approximativement 6 % de l'ensemble des étoiles connues dans le voisinage solaire[2]. La luminosité inusuellement basse des naines blanches a été reconnue pour la première fois en 1910 par Henry Norris Russell, Edward Charles Pickering et Williamina Fleming[3]. Quand à la dénomination de naine blanche, c'est une trouvaille de Willem Luyten en 1922[4].

On pense que l'état de naine blanche est l’avant-dernière phase de l'évolution des étoiles de masse comprise entre 0,8 et 1,4 fois celle du Soleil, c'est-à-dire peu élevée, qui représentent 97 %[5] des étoiles de la Voie Lactée, notre galaxie. A la fin de la période de fusion nucléaire de l'hydrogène d'une étoile de la séquence principale de masse faible ou intermédiaire, l'astre se mue en une géante rouge qui fusionne l'hélium de son cœur en carbone par le processus de réaction triple-alpha, puis en oxygène, et entame en parallèle un épisode d'expansion colossale. Si une géante rouge a une masse insuffisante pour engendrer la température nécessaire à la fusion de carbone dans son cœur, une masse inerte de carbone et d'oxygène s'y constitue. Après avoir expulsé ses couches extérieures pour former une nébuleuse planétaire, elle ne contient plus que ce cœur, qui forme la naine blanche résiduelle[6].

Habituellement, donc, les naines blanches sont composées de carbone et d'oxygène. Il est aussi possible que la température du cœur permette la fusion du carbone mais pas du néon, auquel cas une naine blanche "oxygène-néon-magnésium" peut se former[7]. Quelques naines blanches à hélium[8],[9] paraissent s'être formées par transfert de matière dans un système binaire.

La matière d'une naine blanche n'est plus soumise aux réactions de fusion, aussi l'étoile ne dispose plus d'aucune source d'énergie, et son effondrement gravitationnel n'est plus contrecarré par la chaleur générée par la fusion. Elle est uniquement supportée par la pression de dégénérescence des électrons, ce qui la rend extrêmement dense. La physique de la dégénérescence suppose une masse maximum pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, la limite de Chandrasekhar, égale approximativement à 1,4 fois la masse solaire, au-dessus de laquelle la pression de dégénérescence provoque la transition électron + proton donne neutron. Une naine blanche carbone-oxygène qui se rapproche de cette masse limite, typiquement par un transfert de masse provenant d'une étoile compagnon, peut exploser en supernova de type Ia (voir infra) selon le processus connu comme combustion du carbone[1],[6]. (SN 1006 pourrait en être un exemple fameux).

Quand elle se forme, une naine blanche est très chaude, mais n'ayant pas de source d'énergie, elle élimine graduellement cette chaleur par rayonnement et se refroidit. Ceci signifie que la température de couleur initialement élevée de son rayonnement diminue en rougissant progressivement. Après une très longue durée, une naine blanche refroidit jusqu'à des températures où elle n'est plus visible, et devient une naine noire froide[6]. Cependant, comme aucune naine blanche ne peut être plus âgée que l'Univers, soit approximativement 13,7 milliards d'années[10], même les naines blanches les plus vieilles rayonnent encore à une température de quelque milliers de kelvins, et l'existence d'aucune naine noire n'est encore considérée comme possible[1],[5].

La plupart des étoiles de notre galaxie, environ 97 % (voir supra) finiront leur vie en naine blanche, selon ce scénario.

Découverte

La première naine blanche découverte se trouvait dans le système stellaire triple 40 Eridani, qui contient 40 Eridani A, une étoile de la séquence principale relativement brillante, à une certaine distance de laquelle orbite un système binaire plus serré composé d'une naine blanche 40 Eridani B et d'une naine rouge de la séquence principale 40 Eridani C. La paire 40 Eridani B et C fut découverte par Friedrich Wilhelm Herschel le 31 janvier 1783[11] ; elle fut à nouveau observée par Friedrich Georg Wilhelm von Struve en 1825 et par Otto Wilhelm von Struve en 1851[12],[13]. En 1910, Henry Norris Russell, Edward Charles Pickering and Williamina Fleming découvrirent que bien qu'elle fût une étoile faible, 40 Eridani B était une étoile de type spectral A, ou encore blanche[4]. En 1939, Russell se remémorait la découverte[3] :

J'étais en visite chez mon ami et généreux bienfaiteur, le Professeur Edward C. Pickering. Avec sa gentillesse caractéristique, il s'était porté volontaire pour observer les spectres de toutes les étoiles, y compris les étoiles de référence, qui avaient été observées dans les études de parallaxe stellaire que Hinks et moi avions faites à Cambridge, et je discutais. Ce travail de routine apparente s'avéra très fructueux : il mena à la découverte que toutes les étoiles de très faible magnitude absolue étaient de type spectral M. En discutant ce sujet (comme je m'en souviens), j'interrogeais Pickering sur certaines autres étoiles faibles, qui ne figuraient pas sur ma liste, en mentionnant en particulier 40 Eridani B. Avec sa façon caractéristique, il transmit une note au bureau de l'Observatoire, et avant peu, la réponse revint (je crois de Mme Fleming) que le spectre de cette étoile était de type A. J'en savais assez, même en ces temps paléozoïques, pour réaliser instantanément qu'il y avait une inconsistance extrême entre ce que nous aurions alors pu appeler des valeurs « possibles » de la brillance superficielle et de la densité. J'ai dû montrer que je n'étais pas seulement perplexe mais déçu de cette exception à ce qui paraissait une règle assez élégante de caractérisation stellaire; mais Pickering me sourit, et dit : « Ce sont justement ces exceptions qui procurent des avancées de notre connaissance », et ainsi, les naines blanches entrèrent dans le royaume des études !

Le type spectral de 40 Eridani fut officiellement décrit en 1914 par Walter Adams[14].

Le compagnon de Sirius (α Canis Majoris), Sirius B, est découvert ensuite. Dans le courant du XIXe siècle, les mesures des positions de certaines étoiles deviennent assez précises pour mesurer de petits changements dans leur position. Friedrich Bessel utilise justement cette précision dans les mesures pour déterminer les modifications des positions des étoiles Sirius et Procyon (α Canis Minoris). En 1844, il prédit l'existence de compagnons invisibles de ces deux étoiles[15] :

Si nous devions regarder Sirius et Procyon comme des étoiles doubles, leurs modifications de mouvement ne nous surprendraient pas : nous les considèrerions comme nécessaires, et n'aurions plus qu'à engager leur observation quantitative. Mais la lumière n'est pas une propriété réelle de la masse. L'existence d'un nombre incalculable d'étoiles visibles ne peut rien prouver contre l'existence d'un nombre incalculable d'étoiles invisibles.

Bessel estime la période du compagnon de Sirius à un demi-siècle[15] ; C. H. F. Peters calcule son orbite en 1851[16]. Ce n'est que le 31 janvier 1862 qu'Alvan Graham Clark observe une étoile encore jamais vue, proche de Sirius, identifiée ultérieurement comme le compagnon prédit[16]. Walter Adams annonce en 1915 avoir trouvé que le spectre de Sirius B est similaire à celui de Sirius[17].

En 1917, Adriaan Van Maanen découvre l'Étoile de van Maanen, une naine blanche isolée[18]. Ces trois naines blanches, les premières découvertes, sont appelées les « naines blanches classiques »[3]. Finalement, de nombreuses étoiles de faible luminosité sont découvertes avec des mouvements propres élevés, les indiquant comme susceptibles d'être des étoiles à faible luminosité proches de la Terre, et donc des naines blanches. Willem Luyten semble avoir été le premier à utiliser l'expression « naine blanche » lorsqu'il examina cette classe d'étoiles en 1922[4],[19],[20],[21],[22]

Malgré ces soupçons, la première naine blanche « non-classique » n'est identifiée que dans les années 1930. En 1939, dix-huit naines blanches ont été découvertes[3]. Luyten et d'autres continuent à chercher des naines blanches dans les années 40. Vers 1950, plus d'une centaine sont connues[23], et fin 1999, on en connaît plus de 2000[24]. Depuis lors, le Sloan Digital Sky Survey en a trouvé plus de 9000, principalement des nouvelles[25].

Processus de formation

On pense que les naines blanches constituent la forme résiduelle en fin de vie des étoiles de la séquence principale dont la masse est comprise entre 0,07 à 10 masses solaires, M[5],[26], et qui n'ont pas explosé en supernova. À la fin de leur vie, ces étoiles ont fusionné la plus grande partie de leur hydrogène en hélium. Privées de combustible, elles s'effondrent sur elles-mêmes sous l'effet de la gravitation. La pression et la température du cœur augmentant, la fusion de l'hélium commence, produisant des élément plus lourds et en particulier le carbone. Cette énergie nouvelle fait gonfler l'étoile, qui devient alors une géante rouge. Cependant, l'hélium est très rapidement consommé ; lorsque la fusion de l'hélium se termine, la contraction de l'étoile reprend. Sa faible masse ne permettant pas d'atteindre des températures et des pressions suffisantes pour démarrer la fusion du carbone, le cœur s'effondre en une naine blanche, tandis que les couches externes de l'étoile rebondissent violemment sur cette surface solide et sont projetées dans l'espace sous forme de nébuleuse planétaire. Le résultat de ce processus est donc une naine blanche très chaude entourée d'un nuage de gaz composé essentiellement de l'hydrogène et de l'hélium non consommés dans la fusion (et d'un peu de carbone). Cette naine blanche se refroidit ensuite très lentement en naine noire.

Composition

La composition finale d'une naine blanche varie selon la masse intitiale de l'étoile.

Etoiles de très faible masse

Une étoile de la séquence principale dont la masse est inférieure à approximativement 0,5 M ne deviendra jamais assez chaude pour amorcer la fusion de l'hélium dans son cœur. On pense que sur une durée excédant l'âge de l'Univers (~13,7 milliards d'années[10]), ce type d'étoiles brûlera finalement la totalité de son hydrogène et achèvera son évolution en une naine blanche d'hélium, principalement composée de noyaux d'hélium 4[27]. Le temps nécessaire à ce processus conduit à penser qu'il n'est pas à l'origine des naines blanches d'hélium observées. On pense plutôt qu'elles résultent d'un transfert de masse dans un système binaire[6],[8],[9],[28],[29],[30], ou bien à une perte de masse provenant d'un gros compagnon planétaire[31],[32].

Étoiles de masse intermédiaire

Si la masse d'une étoile de la séquence principale se situe entre à peu près 0,5 et 8 M, son cœur s'échauffera suffisamment pour permettre la fusion de l'hélium en carbone et en oxygène à partir du processus de « réaction triple alpha », mais il ne parviendra jamais à une température suffisamment élevée pour fusionner le carbone en néon. Vers la fin de la période où elle procède aux réactions de fusion, une telle étoile disposera d'un cœur de carbone-oxygène n'engageant plus de réaction de fusion, entouré d'un noyau intérieur d'hélium en fusion, ainsi que d'un noyau extérieur d'hydrogène lui aussi en fusion. Sur le diagramme d'Hertzsprung-Russell, elle se situera sur la branche asymptotique des géantes. Elle expulsera alors la majeure partie de son enveloppe externe, créant ainsi une nébuleuse, jusqu'à ce que seul demeure le cœur de carbone-oxygène. Ce processus est à l'origine des naines blanches de carbone-oxygène qui constituent la grande majorité des naines blanches observées[28],[33],[34].

Étoiles de masse intermédiaire à élevée

Si une étoile est suffisamment massive, son cœur parviendra finalement à une température suffisamment élevée pour amorcer la fusion du carbone en néon, puis du néon en fer. Une telle étoile ne deviendra pas une naine blanche, parce que la masse de son cœur central, qui n'est pas en fusion, et qui supporte la pression de dégénérescence des électrons, finira par excéder la masse maximum supportable par la pression de dégénérescence. A ce stade, le cœur de l'étoile va s'effondrer et elle va exploser en une supernova de type II par effondrement du cœur, qui laisse comme résidu une étoile à neutrons, un trou noir, ou peut-être encore, une étoile compacte d'une forme encore plus exotique[26],[35]. Certaines étoiles de la séquence principale, d'une masse de l'ordre de 8 à 10 M, bien que suffisamment massives pour amorcer la fusion du carbone en néon et en magnésium, peuvent être d'une masse insuffisante pour engager la fusion du néon. Une telle étoile peut laisser un résidu de naine blanche composée principalement d'oxygène, néon et magnésium, à condition que son cœur ne s'effondre pas et à condition que la fusion ne se produise pas avec une telle violence que l'étoile soit soufflée en une supernova[36],[37]. Bien que quelques naines blanches isolées aient été identifiées comme pouvant relever de ce type, la plupart des preuves d'existence de telles étoiles proviennent de novæ appelées ONeMg, ou novæ à néon. le spectre de ces novæ présente en abondance le néon, le magnésium et d'autres éléments de masse intermédiaire qui n'apparaissent comme explicables que par l'accrétion de matière par une naine blanche à oxygène-néon-magnésium[7],[38],[39].

Caractéristiques physiques

Pression de dégénérescence des électrons

Nous verrons (voir infra) que les naines blanches sont des astres dégénérés, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent se maintenir que grâce à des effets quantiques. En l'absence de ces effets, rien ne viendrait stopper l'effondrement de la naine blanche et elle deviendrait un trou noir. Mais lorsque cet effondrement a lieu, les électrons des atomes de carbone constituant l'étoile se trouvent de plus en plus proches les uns des autres (au sens quantique du terme).

Si la naine blanche possède une masse supérieure à 1,4 masse solaire, cette pression de dégénérescence des électrons n'est plus suffisante pour contrecarrer la gravitation : les électrons se combinent alors avec les protons en neutrons, formant une étoile à neutrons. Mais si l'astre est trop massif, rien n'empêche son effondrement et l'on obtient un trou noir.

Densité et composition

Bien qu'il existe des naines blanches dont des masses sont estimées aussi faibles que 0,17 M[40] et d'autres aussi élevées que 1,33 M[41], la distribution de leurs masses forme un pic clairement centré à 0,6 M, et la majorité se trouve dans une fourchette de 0,5 à 0,7 M[41]. Les rayons estimés des naines blanches observées, cependant, sont typiquement de 0,008 à 0,02 fois le rayon solaire R[42] ; c'est comparable au rayon de la Terre, approximativement 0,009 R. Une naine blanche renferme donc une masse comparable à celle du Soleil dans un volume qui est typiquement des millions de fois inférieur à celui du Soleil ; la densité moyenne d'une naine blanche doit donc être, très approximativement, un million de fois supérieure à la densité moyanne du Soleil, soit approximativement 106 grammes (ou encore 1 tonne) par centimètre cube[1]. Les naines blanches sont constituées de l'une des plus denses des matières connues, seulement dépassée par celle d'autres étoiles compactes, telles que les étoiles à neutrons, les hypothétiques étoiles à quarks[43] et les trous noirs, pour autant que l'on puisse parler de densité pour ces derniers.

La découverte de l'extrême densité des naines blanche a suivi de peu la découverte de leur existence même. Si une étoile relève d'un système binaire, comme dans le cas de Sirius B et de 40 Eridani B, il est possible d'estimer sa masse à partir des observations des orbites respectives des deux corps constituant le système. Ceci fut fait pour Sirius B en 1910[44], conduisant à estimer sa masse à 0,94 M. Une estimation plus moderne l'évalue à 1 M[45]. Les corps chauds rayonnant plus que les corps froids, la brillance de la surface d'une étoile peut être estimée à partir de sa température effective de surface, et ainsi, à partir de la forme de son spectre. Si l'on connaît la distance de l'étoile, on peut aussi estimer sa luminosité totale. La comparaison de ces deux chiffres conduit au rayon de l'étoile. Cette sorte de raisonnement a conduit à réaliser, à la grande perplexité des astronomes de l'époque, que Sirius B et 40 Eridani B devaient être très denses. Par exemple lorsque Ernst Öpik estima en 1916 la densité d'un certain nombre d'étoiles binaires visuelles, il trouva que 40 Eridani B avait une densité supérieure à 25000 fois celle du Soleil, si élevée qu'il la déclara « impossible »[46]. Comme Arthur Stanley Eddington l'indiqua plus tard, en 1927[47] :

Nous apprenons au sujet des étoiles en recevant et en interprétant les messages que leur lumière nous apporte. Lorsqu'on l'a décomposé, le message du compagnon de Sirius disait : « Je suis composé d'une matière 3000 fois plus dense que tout ce que vous avez pu rencontrer jusqu'ici ; une tonne de ma matière serait une petite pépite que vous pourriez déposer dans une boîte d'allumette. » Que peut-on répondre à un tel message ? La réponse de la plupart d'entre nous, en 1914, fut : « Tais-toi ! Ne dis pas de bêtises ! »

Comme Eddington le soulignait en 1924, des densités de cet ordre impliquent, selon la théorie de la relativité générale, que la lumière de Sirius B devraient être gravitationnellement décalée vers le rouge[48]. Ceci se confirma en 1925 lorsqu'Adams mesura le décalage vers le rouge[49].

De telles densités sont possibles parce que la matière des naines blanches n'est pas composée d'atomes liés par des liaisons chimiques, mais consiste plutôt en un plasma de noyaux sans liaisons et d'électrons. Il n'y a de ce fait aucun obstacle à placer les noyaux plus près les uns des autres que les orbitales électroniques, les régions occupées par les électrons liés à un atome, ne le permettent normalement[48]. Eddington, cependant, se demanda ce qu'il adviendrait lorsque ce plasma se refroidirait et que l'énergie qui maintenait ensemble les atomes ne serait plus présente[50]. Ce paradoxe fut levé en 1926 par Ralph H. Fowler par l'application de la mécanique quantique récemment élaborée. Puisque les électrons obéissent au principe d'exclusion de Pauli, deux électrons ne peuvent occuper le même état quantique, et ils doivent obéir à la statistique de Fermi-Dirac, elle aussi publiée en 1926, pour déterminer la distribution statistique qui satisfait le principe d'exclusion de Pauli[51]. À 0 K, les électrons ne peuvent pas tous occuper l'état d'énergie minimum ou état fondamental ; certains d'entre eux sont contraints d'occuper des niveaux d'énergie supérieure, formant ainsi une bande des plus basses énergies disponibles, la mer de Fermi. Cet état des électrons, appelé dégénéré, signifie qu'une naine blanche pouvait se refroidir jusqu'au zéro absolu et posséder encore une énergie élevée. Une autre façon de parvenir à ce résultat provient de l'utilisation du principe d'incertitude ; la densité élevée des électrons d'une naine blanche entraîne que leur position est relativement localisée, créant une incertitude correspondante de leur moment. Ceci signifie que quelques électrons ont un moment élevé et de ce fait, une énergie cinétique importante[50],[52]

La compression d'une naine blanche entraîne l'accroissement du nombre d'électrons dans un volume donné. Par application du principe d'exclusion de Pauli aussi bien que du principe d'incertitude, nous voyons que ceci entraîne l'accroissement de l'énerge cinétique des électrons qui engendre la presssion[50],[53]. Cette pression de dégénérescence des électrons empêche l'effondrement gravitationnel de la naine blanche. Elle ne dépend que de la densité, et non de la température. La matière dégénérée est relativement compressible ; ceci signifie la densité d'une naine blanche de forte masse est tellement plus élevée que celle d'une naine blanche de faible masse que le rayon d'une naine blanche décroît quand sa masse croît[1].

L'existence d'une masse limite qu'aucune naine blanche ne peut excéder est une conséquence de l'équilibre entre la gravitation et la pression de dégénérescence des électrons. Cette masse a été publiée initialement en 1929 par Wilhelm Anderson[54] et en 1930 par Edmund C. Stoner [55]. La valeur moderne de la limite fut d'abord publiée en 1931 par Subrahmanyan Chandrasekhar dans son arcticle "The Maximum Mass of Ideal White Dwarfs"[56]. Pour une naine blanche qui n'est pas en rotation, elle est approximativement égale à 5,7/μe² M, où μe est la masse moléculaire moyenne par électron de l'étoile[57]. Comme le carbone 12 et l'oxygène 16, prédominants dans la composition d'une naine blanche à carbone-oxygène, ont tous deux un numéro atomique de moitié égal à leur masse atomique, on peut prendre 2 comme valeur de μe pour une telle étoile[52], ce qui conduit à la valeur généralement citée de 1,4 M. (Vers le déut du XXe siècle, il existait de bonnes raisons de penser que les étoiles étaient principalement composées d'éléments lourds[55], aussi dans son arcticle de 1931, Chandrasekhar prit le poids moléculaire moyen par électron μe égal à 2,5, donnant en conséquence une limite de 0,91 M). En 1983, avec William Alfred Fowler, Chandrasekhar reçut le Prix Nobel de Physique : « Pour ses études théoriques des processus physiques importants pour la structure et l'évolution des étoiles. ». La masse-limite est maintenant appelée la masse de Chandrasekhar.

Si la masse d'une naine blanche dépasse la limite de Chandrasekhar, et que des réactions de fusions ne s'amorcent pas, la pression exercée par les électrons n'est plus en meure de compenser la force de gravité, et elle s'effondre alors en un objet plus dense tel qu'une étoile à neutrons[58]. Cependant, les naines blanches à carbone-oxygène qui accrètent de la masse d'une étoile voisine enclenchent juste avant d'atteindre la masse-limite une réaction de fusion nucléaire qui s'emballe, et qui conduit à une explosion de supernova de type Ia dans laquelle la naine blanche est détruite[59].

Les naines blanches ont une faible luminosité et de ce fait, occupent une bande dans la partie inférieure du diagramme de Hertzsprung-Russell, un graphe rapportant la luminosité à la couleur (ou, par équivalence, la température) des étoiles. Il ne faut pas les confondre avec les objets de faible luminosité à l'extrémité de la séquence principale où se situent les objets de faible masse, tels les naines rouges en train de fusionner leur hydrogène, et dont le cœur est partiellement supporté par la pression thermique[60], ou bien les naines brunes, de température encore inférieure[61].

Température

La température des naines blanches est extrêmement élevée, cette chaleur ayant été emmagasinée lors de l'effondrement gravitationnel très important de l'étoile. La superficie des naines blanches étant extrêmement faible, celles-ci mettent très longtemps à se refroidir. Elles peuplent donc l'angle inférieur gauche du diagramme de Hertzsprung-Russell, celui des étoiles peu lumineuses mais néanmoins chaudes. Elles y dérivent vers le rouge, en épuisant leur énergie, tendant asymptotiquement vers une naine noire en équilibre thermique avec leur environnement. Ce processus nécessitant jusqu'à ce stade un temps considérable, l'univers n'est pas encore assez âgé pour que des naines noires existent, et les plus vieilles ont encore une température de couleur de plusieurs milliers de K.

Relation entre la masse et le rayon et masse-limite

Il est facile de démontrer une relation approchée entre la masse et le rayon des naines blanches, en utilisant l'argument de la minimisation de l'énergie. L'énergie de la naine blanche peut être approchée en prenant la somme de son énergie gravitationnelle et de son énergie cinétique interne (essentiellement celle des électrons). Le potentiel d'énergie gravitationnelle d'un morceau de masse unitaire de naine blanche, Eg, sera de l'ordre de :
Eg = − GM/R,
G représente la constante gravitationnelle, M la masse de la naine blanche, et R son rayon.
L'énergie cinétique de la masse unitaire Ek, provient en premier lieu du mouvement des électrons, aussi sera-t-elle approximativement :
N p2/m,
p représente le moment moyen de l'électron, m sa masse, et N le nombre d'électrons par unité de masse.
Puisque les électrons sont dégénérés, nous pouvons estimer que p est de l'ordre de l'incertitude sur le moment, Δ p, donnée par le principe d'incertitude, qui pose que Δ p ∙ Δ x est de l'ordre de la constante de Planck réduite ħ. Δ x sera de l'ordre de la distance moyenne entre les électrons, qui sera approximativement n−1/3, i.e., l'inverse de la racine cubique de la densité, n, d'électrons par unité de volume. Puisque il y a N M électrons dans la naine blanche et que son volume est de l'ordre de R3, n sera de l'ordre de N M / R3[52]. Pour calculer l'énergie cinétique par unité de masse, Ek, nous trouvons que :

La naine blanche sera à l'équilibre lorsque la totalité de son énergie, Eg + Ek, est minimale. À ce point, les énergies cinétique et gravitationnelle ont des valeurs absolues comparables, aussi nous pouvons déduire une relation approchée entre la masse et le rayon en écrivant :

La solution pour le rayon, R, donne[52] :

En abandonnant N qui ne dépend que de la composition de la naine blanche, et les constantes universelles, nous restons alors avec une relation entre la masse et le rayon :

,

c'est-à-dire que le rayon d'une naine blanche est inversement proportionnel à la racine cubique de sa masse. Puisque cette analyse utilise la formule non relativiste p2/2m pour l'énergie cinétique, elle est non relativiste. Si nous désirons analyser la situation où la vitesse de l'électron dans une naine blanche est proche de la vitesse de la lumière, c, nous devons remplacer p2/2m par l'approximation relativiste extrême p c pour l'énergie cinétique. Avec cette substitution, nous trouvons :

Si nous mettons ceci en équation avec la magnitude Eg, nous trouvons que R s'élimine et que la masse M est forcément[52] :

Relation rayon-masse pour une naine blanche modèle.

Pour interpréter ce résulat, observons que si nous ajoutons de la masse à une naine blanche, son rayon diminue ; aussi, selon le principe d'incertitude, le moment et donc la vitesse de ses électrons s'accroissent. Lorsque la vitesse approche c, l'analyse relativiste extrême devient plus exacte, ce qui signfie que la mase M de la naine blanche doit approcher Mlimite. En conséquence, aucune naine blanche ne peut être plus lourde que la masse limite Mlimite.

Pour un calcul plus précis de la relation masse-rayon et de la masse-limite d'une naine blanche, on doit calculer l'équation d'état qui décrit la relation entre la densité et la pression de la matière située à l'intérieur d'une naine blanche. Si la densité et la pression sont toutes deux supposées comme égales à des fonctions de la distance au centre de l'étoile, le système d'équation qui consiste en l'équation hydrostatique, couplée avec l'équation d'état peut alors être résolue pour trouver la structure de la naine blanche à l'équilibre. Dans le cas non-relativiste, nous trouverons toujours que le rayon est inversement proportionnel à la racine cubique de la masse[57]. Les corrections relativistes altèreront le résultat des calculs de telle façon que le rayon parviendra à zéro pour une masse de valeur finie. C'est la masse limite au-delà de laquelle la naine blanche ne peut plus supporter la pression de dégénérescence des électrons. On l'appelle la masse de Chandrasekhar. Le graphe ci-contre montre le résultat de tels calculs. Il montre comment le rayon varie avec la masse pour les modèles d'une naine blanche selon le calcul relativiste (courbe verte) ou non relativiste (courbe bleue). Les deux modèles traitent la naine blanche comme un gaz de Fermi froid à l'équilibre hydrostatique. Le poids moléculaire moyen par électron, µe a été fixé égal à 2, les rayons sont mesurés en rayons solaires standard, et les masses en masses solaires standard[57],[62].

Ces calculs supposent tous que la naine blanche n'est pas en rotation. Si elle l'est, l'équation d'équilibre hydrostatique doit être modifiée pour tenir compte de la pseudo-force centrifuge provenant de l'utilisation d'un référentiel en rotation[63]. Pour une naine blanche en rotation uniforme, le masse limite n'augmente que légèrement. Cependant, si l'étoile est affectée d'un mouvement non-uniforme et que l'on néglige la viscosité, alors, comme l'a souligné Fred Hoyle en 1947[64], il n'y a pas de limite à la masse pour laquelle le modèle de naine blanche puisse être en équilibre en régime permanent. Toutes ces étoiles ne seront cependant pas dynamiquement stables[65].

Rayonnement et refroidissement

Le rayonnement visible émis par une naine blanche peut présenter une grande variété de couleurs, depuis le bleu-blanc d'une étoile de la séquence principale de type O jusqu'au rouge d'une naine rouge de type M[66]. La température effectice de surface d'une naine blanche peut varier depuis plus de 150 000 K[24] à moins de 4 000 K[67],[68]. Suivant la loi de Stefan-Boltzmann, la luminosité augmente avec la température de surface ; cette gamme de températures de surface correspond à des luminosités s'étageant depuis 100 fois jusqu'à 1/10.000ème de fois celle du Soleil[68]. Les naines blanches chaudes, avec des températures de 30.000 K ont été observées comme sources de rayons X mous, c'est-à-dire de faible énergie. Ceci permet l'étude de la composition et de la structure de leurs atmosphère par observation dans les domaines des X mous et de l'ultraviolet lontain}}[69].

Comparaison entre la naine blanche IK Pegasi B (au centre), son compagnon de classe A, IK Pegasi A (à gauche) et le Soleil (à droite). Cette naine blanche a une tempéraure superficielle de 35.500 K.

Comme l'a expliqué Leon Mestel en 1952, à moins qu'une naine blanche n'accrète de la matière provenant d'une étoile-compagnon proche ou d'une autre source, son rayonnement émane de la chaleur stockée, qui n'est pas renouvelée[70],[71]. Les naines blanches rayonnent par une superficie extrêmement faible. Aussi se refroidissent-elles très lentement, demeurant chaudes très longtemps[6]. Au fur et à mesure qu'une naine blanche se refroidit, sa température de surface diminue, le rayonnement émis rougit, et sa luminosité décroît. Du fait que la naine blanche ne dispose d'aucun réservoir d'énergie, il en résulte un ralentissement du refroidissement avec le temps. Bergeron, Ruiz, and Leggett, par exemple, font les estimations suivantes pour une naine blanche au carbone de 0,59 M avec une atmosphère d'hydrogène : il lui faut approximativement 1,5 milliard d'années pour refroidir à 7.140 K, les refroidissements ultérieurs de 500 K supplémentaires prendront approximativement 300 millions, puis 0,4 et 1,1 milliards d'années[72]. Bien que la matière d'une naine blanche soit initialement un plasma, un fluide composé de noyaux et d'électrons, il a été prédit théoriquement, en 1960, qu'à un stade tardif du refroidissement, elle pourrait se cristalliser en commençant par le centre de l'étoile[73]. On pense que la structure cristalline serait alors de type cubique centré[5],[74]. En 1995, on souligna que des observations astérosismologiques de naines blanches pulsantes conduisait à une vérification possible de la théorie de la cristallisation[75], et en 2004, Travis Metcalfe et une équipe de chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics estimèrent, sur la base de ces observations, que la masse de BPM 37093 s'était cristallisée à peu près à 90%[73],[76],[77],[78]. D'autres travaux estiment la masse cristallisée entre 32 et 82 %[79]. La plupart des naines blanches observées ont une température de surface relativement élevée, entre 8 000 K et 40 000 K[25],[80]. Une naine blanche passe cependant une plus grande partie de sa vie dans sa phase froide que dans sa phase chaude. Aussi, peut-on s'attendre à ce qu'il y ait plus de naines blanches froides que de chaudes. Après un ajustement des paramètres tenant compte de l'effet de sélection (les naines blanches chaudes sont plus lumineuses, donc plus facilement observées que les froides), nous trouvons effectivement qu'en allant vers des températures observées plus basses, on découvre un plus grand nombre de naines blanches[81]. Cet effet cesse lorsqu'on s'intéresse aux naines blanches extrêmement foides : on a observé peu de naines blanches de température inférieure à 4 000 K[82] et une des plus froides observée à ce jour, WD 0346+246, a une température superficielle approximative de 3 900 K[67]. La raison en est que, comme l'âge de l'Univers est fini[83], les naines blanches n'ont pas encore disposé d'assez de temps pour refroidir en dessous de cette température. On peut utiliser la fonction de luminosité des naines blanches pour trouver la date de début de formation des étoiles d'une région. La formation du disque galactique est ainsi estimée à 8 milliards d'années[81]. Une naine blanche finira néanmoins par se refroidir et devenir une naine noire ne rayonnant plus, en équilibre thermique approximatif avec son entourage, et avec le rayonnement du fond diffus cosmologique. Cependant, on ne pense pas qu'il existe encore aucune naine noire[1]. En première approximation, et en particulier en négligeant l'effet d'écran dû à l'atmosphère, si la naine blanche a une température uniforme, d'après la loi de Stefan-Boltzmann, il est facile de calculer que sa température diminue comme l'inverse de la racine cubique du temps. Si les naines blanches de notre galaxie le plus vieilles, de 8 milliards d'années, ont 3 900 K, celles dont l'origine daterait du début du Big Bang (13,5 milliards d'années), ne feraient pas moins que 3 000 K.

Atmosphère et spectre

On pense que la plupart des naines blanches sont composées de carbone et d'hydrogène. Malgré cela, la spectroscopie montre typiquement que la lumière qu'elles émettent provient d'une atmosphère où l'on observe que soit l'hydrogène soit l'hélium domine. L'élément dominant est habituellement au moins mille fois plus abondant que tous les autres éléments. Commme l'a expliqué Évry Schatzman dans les années 40, on pense que la cause de cette pureté provient de l'importante gravité de surface. Elle sépare gravitairement l'atmosphère de telle façon que les éléments lourds se retrouvent vers le bas et les plus léger au-dessus[84],[85]. Ce phénomène se produit d'autant plus aisément qu'en absence de production thermique du cœur, il y peu de turbulence susceptible de remélanger les composantes.

Cette atmosphère, seule partie d'une naine blanche qui nous soit visible, serait la partie supérieure d'une enveloppe résiduelle de celle de l'étoile dans sa phase de la branche asymptotique des géantes (AGB) et peut aussi contenir de la matière accrétée en provenance du milieu interstellaire. L'enveloppe consisterait en une couche riche en hélium, d'une masse ne dépassant pas un centième de la masse totale de l'étoile, laquelle, en cas d'atmosphère dominée par l'hydogène, est enrobée d'une couche riche en hydrogène d'une masse approximative d'un dix-millième de la masse totale de l'étoile[68],[86].

Malgré leur finesse, ces couches externes conditionnent l'évolution thermique de la naine blanche. Les électrons dégénérés formant la masse de l'étoile constituent de bons conducteurs thermiques. la majeure partie de la masse d'une naine blanche est ainsi quasiment isotherme, et elle est en même temps chaude : une naine blanche avec une température de surface entre 8 000 K et 16 000 K aura la température de son cœur située entre 5 000 000 et 20 000 000 K. Le refroidissement très rapide de la naine blanche n'est empêché que par l'opacité des couches externes aux radiations[68]

Tableau I : Types spectraux des naines blanches[24]
Caractéristiques primaire et secondaire
A Raies H ; aucune raie He I ou d'ion métallique
B raies He I ; aucune raie H ou d'ion métallique
C Spectre continu ; pas de raies
O Raies He II accompagnées de raies H ou He I ou d'ion métallique
Z Raies de métaux ; aucune raie H ou He I
Q Présence de raies du carbone
X Spectre confus ou non classé
Caractéristiques secondaires seulement
P Naine blanche magnétique à polarisation détectable
H Naine blanche magnétique sans polarisation détectable
E Présence de lignes d'émission
V Variable

La première tentative de classement des naines blanches apparaît comme le fait de Gerard Kuiper en 1941[66],[87], et depuis, différents schémas de classification ont été proposés et utilisés[88],[89].

Le système actuellement utilisé a été pésenté par Edward M. Sion et ses co-auteurs, en 1983, et a fait depuis l'objet de plusieurs révisions substantielles. Elle classe un spectre à l'aide d'un symbole qui consiste en une lettre initiale, descriptive de la caractéristique primaire du spectre suivie d'une séquence optionelle de lettres descrivant les caractéristiques secondaires du spectre (voir tableau I), et un nombre représentant l'indice de température, calculé en divisant 50 400 K par le température effective. Par exemple :

  • Une naine blanche dont le spectre montrerait uniquement des raies He I et une température de 15 000 K serait classifiée DB3, ou bien, si la précision de la mesure de la température est garantie, DB3,5.
  • Une naine blanche ayant un champ magnétique polarisé, une température effective de 17 000 K, et un spectre dominé par les raies He I qui aurait aussi des caractéristiques de l'hydrogène obtiendrait la classification DBAP3. On peut utiliser les symboles ? et : (point d'interrogation et deux points) en cas d'incertitude sur la classification correcte[24],[66].

L'atmosphère des naines blanches de classe spectrale primaire DA est dominées par l'hydrogène. Elles constituent la majorité (~75 %) des naines blanches observées[68].

Une petite fraction (~ 0,1%) ont une atmosphère dominée par le carbone, la classe DQ chaude (plus de 15 000 K)[90]. Les autres catégories pouvant être classifiées (DB, DC, DO, DZ, et DQ froides) ont une atmosphère dominée par l'hélium, en supposant que ne sont pas présents le carbone et les autres métaux, dont la classe spectrale vue dépend de la température effective. Pour des températures approximatives de 100 000 K à 45 000 K, le spectre est de classe DO, dominé par l'hélium simplement ionisé. De 30 000 K à 12 000 K, le spectre est DB, avec des raies d'hélium neutre, et en dessous d'à peu près 12 000 K, le spectre n'est pas caractérisé et sera classé DC[86],[68].

La raison de l'absence de naines blanches avec une atmosphère où l'hélium domine, dans la gamme de 30 000 K à 45 000 K, appelée le « DB gap » (« trou DB ») n'est pas claire. On soupçonne qu'elle est due à la conjonction de processus évolutifs de l'atmosphère, tels que la séparation gravitationnelle et le brassage convectif[68].

Champ magnétique

Patrick Blackett avait présenté des lois physiques affirmant qu'un corps non chargé en rotation devait générer un champ magnétique proportionnel à son moment angulaire. En conséquence, il avait prédit en 1947 que les naines blanches disposaient à leur surface de champs magnétiques d'une force de ~1 million de gauss (soit ~100 teslas)[91]. Cette loi putative, parfois appelée l'effet Blackett, ne rallia jamais de consensus, et vers les années 50, Blackett eut le sentiment qu'elle avait été réfutée[92]. Dans les années 60, on proposa l'idée que les naines blanches pouvaient avoir des champs magnétiques du fait de la conservation du flux magnétique total de surface durant l'évolution d'une étoile non-dégénérée en naine blanche. Un champ magnétique superficiel de ~100 gauss (0,01 T) dans l'étoile initiale deviendrait un champ magnétique superficiel de ~100×1002=1 million de gauss (100 T), une fois le rayon de l'étoile concentré d'un facteur 100[85],[93]. La première naine blanche magnétique observée fut GJ 742 dont on détecta le champ magnétique en 1979 grâce à son émission de lumière à polarisation circulaire[94]. On pense qu'elle a un champ magnétique en surface de 3 × 108 gauss (30 kT)[85].

Depuis, on a découvert des champ magnétique sur bien plus de 100 naines blanches, dans une gamme s'étalant de 2 × 103 gauss à 109 gauss (de 0,2 T à 105 T). Seul un petit nombre de naines blanches a fait l'objet d'une recherche de champ magnétique, et on a estimé qu'au moins 10 % des naines blanches ont un champ magnétique excédant 1 million de gauss (100 T)[95],[96].

Variabilité

Tableau II : Types de naines blanches à pulsation [97],[98]
DAV (GCVS : ZZA) type spectral DA, n'ayant que des raies d'absoption de l'hydrogène dans leur spectre.
DBV (GCVS : ZZB) type spectral DB, n'ayant que des raies d'absorption de l'hélium dans leur spectre
GW Vir (GCVS: ZZO) Atmosphère principalement composée de C, He et O ;
peut être divisée en étoiles DOV et PNNV
Voir aussi : Naine blanche à pulsations, Variables cataclysmiques.

Les premiers calculs suggérèrent l'existence de naines blanches à la luminosité variable, ayant une période de l'ordre de 10 secondes, mais les recherches, dans les années 60 ne permirent pas de les observer[85],[99].

En 1965 et 1966, Arlo Landolt découvrit HL Tau 76, la première naine blanche variable, avec une période d'approximativement 12,5 minutes[100]. La raison de cette période plus longue que prévu est que la variabilité de HL Tau 76, comme celle des autres naines blanches variables à pulsations connues, provient de modes de pulsation non-radiaux[85]. Les types connus de naines blanches à pulsations comprennent les étoiles DAV, ou ZZ Ceti, dont HL Tau 76, avec des atmosphères où domine l'hydrogène et un type spectral DA[85], les étoiles DBV, ou V777 Her, aux atmosphères dominée par l'hélium et un type spectral DB[68], et les étoiles GW Vir (parfois subdivisées en étoiles DOV et PNNV), aux atmosphères dominées par l'hélium, le carbone, et l'oxygène[98],[101].

Les étoiles GW Vir ne sont pas, stricto sensu, des naines blanches, mais des étoiles dont la position sur le diagramme de Hertzsprung-Russell est située entre la branche asymptotique des géantes et la région des naines blanches. On peut les appeler des pré-naines blanches[98],[102]. Ces variables présentent toutes de petites variations d'émission lumineuse, provenant d'une superposition de modes vibratoires avec des périodes variant de la centaine au millier de secondes. L'observation de ces variations donnent des informations astérosismologiques sur l'intérieur des naines blanches[103].

Destin

Une fois formée, une naine blanche est stable, et elle va continuer à se refroidir presque indéfiniment ; finalement, elle deviendra une naine blanche noire, appelée aussi une « naine noire ». En supposant que l'Univers maintienne son expansion, on pense que dans 1019 à 1020 années, les galaxies s'évaporeront, leurs étoiles s'échappant dans l'espace intergalactique[104]. Les naines blanches devraient en général y survivre, bien qu'une collision occasionnelle entre des naines blanches puisse produire une nouvelle étoile en fusion ou une naine blanche de masse super-Chandrasekhar qui exploserait en une supernova de type I[104]. On suppose que la durée de vie subséquente de la naine blanche est de l'ordre de celle du proton, connue pour être au minimum de 1032 années. Quelques théories de la grande unification simples prédisent une période radioactive du proton inférieure à 1049 années. Si ces théories ne sont pas valables, le proton peut se désintégrer selon des processus nucléaires plus compliqués, ou par des processus de gravitation quantique faisant intervenir un trou noir virtuel ; dans ces cas, la durée de vie peut alller jusqu'à 10200 années. Si les protons se désintègrent effectivement, la masse d'une naine blanche diminuera très progressivement avec le temps, au fur et à mesure de la désintégration de de ses noyaux, jusqu'à perdre suffisamment de masse pour devenir une boule de matière non-dégénérée, puis disparaître complètement[104].

Système stellaire

Les systèmes stellaire et planétaire d'une naine blanche sont des héritages de son étoile génitrice et ils peuvent interagir avec la naine blanche de façons variées. Les observations en spectroscopie infrarouge du télescope spatial Spitzer de la NASA portant sur l'étoile centrale de la nébuleuse de l'Hélice suggèrent la présence d'un nuage de poussière peut-être causé par des collisions cométaires. Il est possible que des chutes de matière résultantes soient la cause des émissions de l'étoile centrale.[105],[106]. Des observations similaires, réalisées en 2004, ont indiqué la présence autour de la jeune naine blanche G29-38 (dont on estime la formation à 500 millions d'années, à partir de son géniteur provenant de la branche asymptotique des géantes) d'un nuage de poussières qui peut avoir été créé par le démantèlement de comètes passées à proximité, du fait des forces de marée engendrées par la naine blanche[107]. Si une naine blanche fait partie d'un système stellaire (donc qu'elle est dotée de compagnons stellaires, une grande variété de phénomènes peuvent se produire, y compris la transformation en nova ou en supernova de type I. Elle peut aussi devenir une source de rayons X de très basse énergie, si elle est capable de prendre de la matière à ses compagnons suffisamment rapidement pour maintenir les réactions de fusion nucléaire à sa surface.

Supernova de type Ia

Fichier:Main tycho remnant full.jpg
Image composite[a] de rémanent d'une supernova de type Ia : SN 1572 ou « Nova de Tycho »

La masse d'une naine blanche isolée, qui ne serait pas en rotation, ne peut excéder la limite de Chandrasekhar d'à peu près 1,4 M (Note : cette limite peut croître dans le cas d'une rotation rapide non uniforme de la naine blanche)[108]. Cependant, les naines blanches dans les systèmes binaires peuvent accréter de la matière de leur compagnons, ce qui augmente leur masse et leur densité (voir supra). Lorsque leur masse approche la limite de Chandrasekhar, cela peut théoriquement mener à l'allumage explosif des réactions de fusion nucléaire dans la naine blanche, ou à son effondrement en étoile à neutrons[58]. L'accrétion fournit le mécanisme actuellement favori, le « modèle à dégénérescence simple » pour les supernovæ de type Ia. Dans ce modèle, une naine blanche à carbone-oxygène accrète de la matière de son compagnon[59] stellaire, en augmentant sa masse et en comprimant son cœur. On pense que le chauffage dû à la compression du cœur mène à l'allumage de la fusion du carbone lorsque la masse se rapproche de la limite de Chandrasekhar[59].

Comme c'est la pression de dégénérescence quantique de la naine blanche, et non la pression thermique, qui supporte la naine blanche contre les effets de la gravité, l'ajout de chaleur à l'intérieur de l'étoile augmente sa température mais pas sa pression, aussi, en réaction, la naine blanche ne se dilate pas, ce qui ralentirait l'échauffement. Au lieu de cela, l'accroissement de température augmente la vitesse de la réaction de fusion, en un processus qui s'emballe thermiquement. La détonation thermonucléaire consomme une grande partie de la naine blanche en quelques secondes, cause d'une explosion de supernova de type I qui anéantit l'étoile[1],[59],[109].

Un autre mécanisme est possible pour les supernovæ de type I : le « modèle à double dégénérescence ». Deux naines blanches à carbone-oxygène d'un système binaire fusionnent, créant un objet d'une masse supérieure à la limite de Chandrasekhar dans lequel, alors, s'allume la fusion du carbone[59].

Les supernovæ de type 1a (SN1a) sont des exemples particulièrement intéressants et significatifs de l'utilisation des naines blanches pour la détermination des distances en astronomie. Lorsque la naine blanche explose en une SN1a, elle devient visible à des distances considérables. Comme les paramètres physiques de l'explosion sont toujours voisins, la courbe de luminosité des supernovæ est approximativement la même, et bien étalonnée : leur survenance permet d'évaluer avec précision leur distance et, par conséquence, celle de leur galaxie-hôte (ce sont des chandelles standards).

Variables cataclysmiques

Dans un système binaire serré, avant que l'accrétion de matière ne pousse une naine blanche aux abords immédiats de la limite de Chandrasekhar, de la matière accrétée riche en hydrogène à la surface peut s'enflammer dans un type moins destructeur d'explosion thermonucléaire animée par la fusion de l'hydrogène. Comme le cœur de la naine blanche demeure intact, ces explosions superficielles peuvent se répéter aussi longtemps que dure l'accrétion. Cette sorte plus faible de phénomène cataclysmique répétitif est appelée une nova (classique). Les astronomes ont aussi observé des novæ naines, avec des pics de luminosité plus petits et plus fréquents que les novæ classiques. On pense qu'ils sont causés par la libération d'énergie potentielle gravitationnelle lorsqu'une partie du disque d'accrétion s'effondre sur l'étoile, plutôt que par la fusion. En général, on appelle « variables cataclysmiques » les systèmes binaires où une naine blanche accrète de la matière provenant de son compagnon stellaire. Novæ classiques et novæ naines sont rangées en de nombreuses classes[1],[59],[110],[111]. On a pu observer que les variables cataclysmiques de fusion aussi bien que de gravitation sont des sources de rayon X[111].

Voir aussi


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Bibliographie

Cet article étant pour l'essentiel traduit de la WP:EN, la bibliographie présentée ci-dessous fait principlament état de littérature anglophone.

Généralités

  • Les étoiles naines (en)[86]

Physique

  • Trous noirs, naines blanches et étoiles à neutrons : la physique des objets compacts (en)[112]
  • Physique des naines blanches (en)[113].
  • Naines blanches et limite de Chandrasekhar (en) [114].
  • Estimation des paramètres stellaires à partir de l'équipartition de l'énergie (en)[52].

Variabilité

  • Astérosismologie des naines blanches (en)[103].

Champs magnétiques

  • Magnétisme dans les naines blanches isolées et doubles (en)[115]

Fréquence

  • Naines blanches et matière noire (en)[116].

Observations

  • Tests de la relation masse-rayon des naines blanches avec HIPPARCOS (en)[117]
  • Découverte de nouvelles naines blanches ultra-froides dans le Sloan Digital Sky Survey (en)[118].
  • Catalogue de naines blanches identifiées spectralement (Université de Villanova ─ Pennsylvanie) (en)[24].
  • Naines blanches munies d'une atmosphère de carbone (en)[90].

Notes et Références

a.  Une image composite est la superposition, en diverses couleurs, d'images prises dans diverses gammes du spectre, souvent non-visibles, comme les rayons X, les ultraviolets, les infrarouges ou les ondes radio. Chacune est reproduite avec une couleur arbitraire, qui n'a a priori rien à voir avec les couleurs naturelles.

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