Le dernier hourra d’une étoile mourante

agrandir / La nébuleuse du papillon, située à un peu moins de 4 000 années-lumière de la Terre dans la constellation du Scorpion, est un exemple frappant de nébuleuse planétaire, la dernière étape de l’évolution d’une petite à moyenne étoile. Les “ailes” translucides du papillon sont constituées de gaz et de poussière expulsés de l’étoile mourante et illuminés de l’intérieur par le noyau restant de l’étoile. La forme symétrique à double lobe de la nébuleuse est un signe révélateur qu’une étoile compagne a contribué à façonner les gaz sortants. L’étoile primaire et sa compagne sont cachées par le voile de poussière au centre de la nébuleuse.

Dans des milliards d’années, alors que notre soleil approche de la fin de sa vie et commence à faire fondre des noyaux d’hélium dans son noyau, il gonflera de façon spectaculaire et se transformera en ce qu’on appelle une étoile géante rouge. Après avoir avalé Mercure, Vénus et la Terre avec à peine un rot, il deviendra si gros qu’il ne pourra plus retenir ses couches externes de gaz et de poussière.

Dans un dénouement glorieux, il projettera ces couches dans l’espace pour former un beau voile de lumière, qui brillera comme une enseigne au néon pendant des milliers d’années avant de s’estomper.

La galaxie est parsemée de milliers de ces mémoriaux ressemblant à des joyaux, connus sous le nom de nébuleuses planétaires. Ils sont le stade final normal pour les étoiles allant de la moitié de la masse du soleil à huit fois sa masse. (Les étoiles plus massives ont une fin beaucoup plus violente, une explosion appelée supernova.) Les nébuleuses planétaires se présentent sous une étonnante variété de formes, comme le suggèrent des noms comme le crabe du sud, l’œil de chat et le papillon. Mais aussi beaux soient-ils, ils sont aussi un mystère pour les astronomes. Comment un papillon cosmique émerge-t-il du cocon rond apparemment discret d’une étoile géante rouge ?

Les observations et les modèles informatiques indiquent maintenant une explication qui aurait semblé bizarre il y a 30 ans : la plupart des géantes rouges ont une étoile compagne beaucoup plus petite cachée dans leur étreinte gravitationnelle. Cette deuxième étoile façonne la transformation en une nébuleuse planétaire, un peu comme un potier forme un vaisseau sur un tour de potier.

Le nouveau télescope spatial James Webb de la NASA a révélé des détails extraordinaires dans la nébuleuse de l'anneau sud, une nébuleuse planétaire située à environ 2 500 années-lumière dans la constellation Vela.  A gauche, une image en proche infrarouge montre de spectaculaires coquilles de gaz concentriques, qui retracent l'histoire des explosions de l'étoile mourante.  À droite, une image dans l'infrarouge moyen distingue facilement l'étoile mourante au centre de la nébuleuse (rouge) de son étoile compagne (bleue).  Tout le gaz et la poussière de la nébuleuse ont été expulsés par l'étoile rouge.
agrandir / Le nouveau télescope spatial James Webb de la NASA a révélé des détails extraordinaires dans la nébuleuse de l’anneau sud, une nébuleuse planétaire située à environ 2 500 années-lumière dans la constellation Vela. A gauche, une image en proche infrarouge montre de spectaculaires coquilles de gaz concentriques, qui retracent l’histoire des explosions de l’étoile mourante. À droite, une image dans l’infrarouge moyen distingue facilement l’étoile mourante au centre de la nébuleuse (rouge) de son étoile compagne (bleue). Tout le gaz et la poussière de la nébuleuse ont été expulsés par l’étoile rouge.

La théorie dominante de la formation des nébuleuses planétaires ne concernait auparavant qu’une seule étoile : la géante rouge elle-même. Avec seulement une faible emprise de la gravité sur les couches externes, il perd très rapidement de la masse en fin de vie, perdant jusqu’à 1 % par siècle. Il bouillonne également comme une marmite d’eau bouillante sous la surface, ce qui fait entrer et sortir les couches externes. Les astronomes ont émis l’hypothèse que ces pulsations produisent des ondes de choc qui soufflent du gaz et de la poussière dans l’espace, créant ce que l’on appelle un vent stellaire. Pourtant, il faut beaucoup d’énergie pour expulser complètement cette matière sans qu’elle retombe dans l’étoile. Ce ne peut être un doux zéphyr, ce vent ; il doit avoir la puissance d’un souffle de fusée.

Une fois que la couche externe de l’étoile s’est échappée, la couche interne beaucoup plus petite s’effondre en une naine blanche. Plus chaude et plus brillante que la géante rouge dont elle est issue, cette étoile éclaire et chauffe le gaz qui s’échappe jusqu’à ce que le gaz commence à briller de lui-même – et nous voyons une nébuleuse planétaire. L’ensemble du processus est très rapide selon les normes astronomiques, mais lent selon les normes humaines, et prend généralement des siècles, voire des millénaires.

Jusqu’au lancement du télescope spatial Hubble en 1990, “nous étions à peu près sûrs d’être sur la bonne voie” pour comprendre le processus, explique Bruce Balick, astronome à l’université de Washington. Puis lui et son collègue Adam Frank, de l’Université de Rochester à New York, étaient à une conférence en Autriche et ont vu les premières images de nébuleuses planétaires de Hubble. “Nous sommes allés prendre un café, avons vu les photos et nous savions que le jeu avait changé”, a déclaré Balick.

Les astronomes avaient supposé que les géantes rouges étaient à symétrie sphérique et qu’une étoile ronde devait produire une nébuleuse planétaire ronde. Mais ce n’est pas ce que Hubble a vu – même pas proche. “Il est devenu clair que de nombreuses nébuleuses planétaires ont des structures axisymétriques exotiques”, a déclaré Joel Kastner, astronome au Rochester Institute of Technology. Hubble a révélé des lobes fantastiques, des ailes et d’autres structures qui n’étaient pas rondes, mais symétriques autour du grand axe de la nébuleuse, comme si elles avaient été tournées sur le tour du potier.

Dans les premières photos d'observatoires au sol, la nébuleuse du crabe du sud apparaissait quatre courbée

Sur les premières photos d’observatoires au sol, la nébuleuse du Crabe du Sud semblait avoir quatre “pattes” incurvées, comme un crabe. Mais des images détaillées du télescope spatial Hubble montrent que ces jambes sont les côtés de deux bulles en forme de sablier. Au centre des bulles se trouvent deux jets de gaz, avec des “nœuds” qui peuvent s’allumer lorsqu’ils rencontrent le gaz entre les étoiles. Situé à plusieurs milliers d’années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure, le Crabe du Sud semble avoir eu deux épisodes de gazage. Il y a environ 5500 ans, l’un a créé le “sablier” extérieur, et un événement similaire il y a 2300 ans a créé l’intérieur, beaucoup plus petit.

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