Les lasers émis par cette magnifique nébuleuse révèlent qu’elle cache quelque chose

Il y a un mystère dans le cœur poussiéreux de la nébuleuse de la fourmi. Ses deux lobes symétriques sont le résultat d’une étoile qui perd sa matière à mesure qu’elle meurt et ce n’est généralement pas une forme que l’on voit dans ce genre d’événement.

Image d’entête : La nébuleuse de la fourmi, telle qu’imaginée par le télescope spatial Hubble de la NASA/ ESA.

L’hypothèse est que le gaz dense au cœur de la nébuleuse, également connu sous le nom de Menzel 3, cache une autre étoile accompagnant l’étoile mourante (étoile binaire). Et maintenant, de nouvelles données provenant d’un télescope hors d’usage ont révélé un phénomène rare d’émission laser qui semble confirmer la présence de cette deuxième étoile.

L’Observatoire spatial Herschel de l’Agence spatiale européenne, un télescope infrarouge qui a étudié le cosmos depuis un point d’observation en orbite autour du Soleil, révèle encore des merveilles dans sa vaste collection de données, même s’il a été mis hors service en 2013. En étant le plus grand télescope infrarouge jamais lancé dans l’espace, il était capable d’observer certains des objets les plus poussiéreux, les plus froids et les plus éloignés que nous ayons observés dans l’Univers. Et avant de mourir, son regard fut braqué sur la nébuleuse de la fourmi, à environ 8 000 années-lumière (2 453 parsecs).

Selon l’astrophysicienne Isabel Aleman de l’université de Leyde aux Pays-Bas :

Lorsque nous observons Menzel 3, nous voyons une structure étonnamment complexe composée de gaz ionisé, mais nous ne pouvons pas voir l’objet en son centre produisant ce motif.

Grâce à la sensibilité et à la large gamme de longueurs d’onde de l’observatoire Herschel, nous avons détecté un type très rare d’émission appelée émission laser à recombinaison d’hydrogène (hydrogen recombination line laser emission), ce qui nous a permis de révéler la structure et les conditions physiques de la nébuleuse.

L’étoile mourante en question n’est pas différente de notre Soleil. Lorsque ce type d’étoiles atteignent la fin de leur durée de vie, le noyau de l’étoile se rétrécit et se réchauffe, devenant ainsi une naine blanche, tandis que les couches de gaz extérieures se dilatent et s’éjectent.

Représentation artistique de l’évolution possible d’étoiles aux masses initiales différentes. Certaines “protoétoiles”, naines brunes, ne deviennent jamais assez chaudes pour se transformer en étoiles et finissent par disparaitre. Les naines rouges, le type d’étoile le plus courant, continuent de brûler jusqu’à ce qu’elles aient transformé tout leur hydrogène en hélium, se transformant en naine blanche. Les étoiles en forme de soleil se transforment en géantes rouges avant de transformer leurs coquilles extérieures en nébuleuse colorée, tandis que leurs noyaux s’effondrent en naine blanche. Les étoiles les plus massives s’effondrent abruptement une fois qu’elles ont consommé leur combustible, déclenchant une explosion, une supernova ou un sursaut de rayons gamma, et laissant derrière elles une étoile à neutrons ou un trou noir. (ESA)

Une fois que le noyau chauffe jusqu’à une certaine température, il ionise le gaz environnant, le transformant en nébuleuse.

Le type d’émission laser observé dans la nébuleuse de la fourmi, qui n’a été observé que dans une poignée d’autres objets, ne peut être créé dans ce scénario que s’il y a un gaz très dense près de l’étoile.

Selon les observations d’Herschel, la densité du gaz au cœur de la nébuleuse est environ 10 000 fois supérieure à celle généralement observée dans une nébuleuse planétaire, comparable à la densité dans ses lobes. La raison en est que les étoiles mourantes poussent leur matière vers l’extérieur, ainsi le centre d’une nébuleuse planétaire est généralement assez vide. Ce qui signifie qu’il se passe quelque chose d’inhabituel avec la nébuleuse de la fourmi et le plus probable serait par la présence d’une compagne binaire de l’étoile mourante.

Selon Albert Zijlstra, coauteur de l’étude et astrophysicien à l’université de Manchester :

Le seul moyen de garder le gaz près de l’étoile est qu’il soit en orbite autour d’elle dans un disque. Dans ce cas, nous avons en fait observé un disque dense au centre même qui est vu approximativement sur le bord. Cette orientation aide à amplifier le signal laser.

Le disque suggère que la naine blanche a une compagne binaire, parce qu’il est difficile d’amener le gaz éjecté en orbite à moins qu’une étoile compagne ne le dévie dans la bonne direction.

Vous pouvez voir à quoi cela pourrait ressembler dans une vidéo publiée par le mathématicien Francis Villatoro de l’université de Malaga en 2010.

C’est plus ou moins ce que les chercheurs pensent qu’il se passe dans le noyau de la nébuleuse, basé sur l’émission laser et la haute densité de gaz. La matière déversée par l’étoile mourante est prise dans l’attraction gravitationnelle de la compagne binaire, tombant dedans comme dans un disque d’accrétion.

Cette étude suggère ainsi que la nébuleuse de la fourmi, telle que nous la voyons aujourd’hui, a été créée par la nature complexe d’un système stellaire binaire, qui influence la forme, les propriétés chimiques et l’évolution dans les dernières étapes de la vie d’une étoile.

Les résultats aideront à limiter les conditions dans lesquelles ce phénomène se produit et à affiner nos modèles de l’évolution stellaire.

L’étude publiée dans The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): hydrogen recombination laser lines in Mz 3 et présentée sur le site de l’ESA : A space ant fires its lasers.