Nébuleuses planétaires sont des coquilles de gaz et de poussière libérées par certains types d’étoiles mourantes, y compris probablement le soleil dans 6 milliards d’années. De nouvelles données du télescope spatial James Webb de la NASA mettent en lumière comment et pourquoi ces nébuleuses se forment.
Deux vues radicalement différentes de la nébuleuse de l’anneau sud capturées par le JWST. Chaque image combine la lumière infrarouge proche et moyenne de trois filtres en une image couleur. L’image de gauche met en évidence le gaz chaud qui entoure les deux étoiles centrales – une étoile rouge sombre qui a initialement jeté le matériau qui compose la nébuleuse, et un compagnon bleu vif. L’image de droite retrace les sorties moléculaires les plus froides et les plus anciennes de l’étoile qui ont atteint plus loin dans le cosmos. Crédit image : NASA/ESA/CSA/O. DeMarco/J. DePasquale
Au centre d’une nébuleuse planétaire, la nébuleuse de l’anneau sud, une seule étoile est visible sur les images optiques, telles que celles prises par le télescope spatial Hubble. Mais le JWST a révélé que cette étoile n’était qu’un spectateur passif lorsque la nébuleuse s’est formée. Une équipe de près de 70 astronomes, dont Bruce Balick, professeur d’astronomie à l’Université de Washington, a utilisé certaines des premières données du nouveau télescope pour montrer que des compagnons invisibles ont façonné les caractéristiques complexes de la nébuleuse.
La source du matériau dans la nébuleuse de l’anneau sud est une minuscule étoile naine blanche, comme le montrent certains des premiers JWST images publié plus tôt cette année par la NASA, selon Balick.
Dans une étude publiée le 8 décembre dans Nature Astronomy, une équipe de recherche internationale, dirigée par Orsola De Marco de l’Université Macquarie de Sydney, en Australie, a analysé 10 expositions très détaillées prises par le JWST de la nébuleuse de l’anneau sud. Leurs calculs montrent que l’étoile centrale qui a éjecté le gaz de la nébuleuse en expansion était à l’origine trois fois la masse du soleil. Aujourd’hui, après les éjections, elle mesure environ 60% de la masse du soleil.
«Le télescope spatial James Webb est déjà en train de devenir un nouvel outil puissant – voire révolutionnaire – dans le carquois des télescopes utilisés pour étudier les étoiles mourantes comme celle au centre de l’anneau sud. Cela fait suite à l’impact du télescope spatial Hubble lancé il y a plus de 30 ans », a déclaré Balick. « L’étude des nébuleuses telles que l’anneau sud avec le Webb fournit des informations clés pour explorer comment les étoiles évoluent et dispersent la matière dans leurs environnements environnants. »
Les images JWST ont révélé des détails sur le matériau faible autour des bords les plus extérieurs de la nébuleuse de l’anneau sud. Ce matériau, composé en grande partie de poussière froide et de molécules, a été le premier à être éjecté par l’étoile mourante il y a environ 1 000 ans. L’analyse de sa forme actuelle aidera les scientifiques à comprendre comment le processus d’éjection a commencé.
« Avec Webb, c’est comme si on nous remettait un microscope pour examiner l’univers », a déclaré De Marco. « Il y a tellement de détails dans ses images. Nous avons abordé notre analyse un peu comme des médecins légistes pour reconstruire la scène. »
« Le modèle de la lumière de ce gaz indigène est beaucoup plus complexe que nous n’avions le droit de l’anticiper », a déclaré Balick. « Pour la première fois, nous avons pu voir de nombreux démons dans les détails. Chacun de ces démons a une histoire à raconter. Il ne fait aucun doute que mon domaine de recherche – les étranges affres des étoiles mourantes – a déjà été changé à jamais par ce que nous apprennent ces images Webb. Je suis ravi des perspectives scientifiques de ce nouveau télescope. Je devrais dire « ébahi » ! »
Afin d’expliquer la structure de la nébuleuse révélée par les nouvelles images, l’équipe a proposé qu’au moins deux étoiles compagnes proches orbitent autour de l’étoile au centre de la nébuleuse alors qu’elle perdait sa masse. Au cours de cette « danse » intime, les stars en interaction ont peut-être lancé des jetsqui sont apparues plus tard sous forme de projections grossièrement appariées qui sont maintenant observées aux bords de la nébuleuse.
« La gravité de ces étoiles en orbite proches a expulsé le gaz nouvellement éjecté et sortant dans la nébuleuse complexe que nous voyons aujourd’hui, un peu comme la tire vendue lors des carnavals », a déclaré Balick.
Sans ces étoiles compagnes, la nébuleuse de l’anneau sud serait probablement ronde et en forme de bulle comme de nombreuses autres nébuleuses planétaires.
« La [white dwarf] étoile est maintenant plus petite et plus chaude, mais est entourée de poussière froide », a déclaré le co-auteur Joel Kastner du Rochester Institute of Technology. « Nous pensons que tout ce gaz et cette poussière que nous voyons jetés partout doivent provenir de cette seule étoile, mais il a été jeté dans des directions très spécifiques par les étoiles compagnes. »
Où sont ces compagnons maintenant ? Ils sont soit suffisamment sombres pour se cacher, camouflés par les lumières brillantes des deux étoiles centrales, soit ont fusionné avec l’étoile mourante.
De plus, une troisième étoile interagissant étroitement peut avoir agité les jets, faussant les éjections uniformément équilibrées comme l’art du spin. Et une quatrième étoile avec une orbite légèrement plus large pourrait avoir « remué le pot » d’éjections, générant l’énorme ensemble d’anneaux irréguliers dans les confins de la nébuleuse.
« Parfois, je souhaite que la Terre soit en orbite autour de l’étoile massive et optiquement visible juste au centre de la nébuleuse de l’anneau sud, car nous aurions des sièges au premier rang pour voir le processus d’éjection de masse mal compris », a déclaré Balick. « Observer depuis l’arrière des gradins à 2 300 années-lumière peut être sûr, mais c’est vraiment frustrant. »
La source: Université de Washington
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