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Posté par Michel le Mercredi 15/09/2010 à 00:00
Une découverte d’Herschel: vapeur d’eau chaude autour d’une étoile carbonée
En utilisant le télescope spatial européen Herschel, un équipe internationale incluant des chercheurs de l’Observatoire de Paris, de l’Institut de Radio Astronomie Millimétrique - IRAM et de l’Observatoire de Grenoble en France ont découvert de la vapeur () d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) là où l’on pensait jusqu’ici qu’elle ne pouvait se former: enfouie profondément dans l’atmosphère d’une étoile géante rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) carbonée qui pulse, CW du Lion (Le lion (Panthera leo) est un mammifère carnivore de la famille des félidés du genre Panthera (félins). Il est surnommé « le roi des animaux » car sa crinière lui donne un aspect semblable au...). Ce résultat, publié le 2 septembre 2010 dans la revue Nature, devrait aider à mieux comprendre comment une telle étoile évoluée produit et expulse les ingrédients clefs de toutes les formes connues de la vie (La vie est le nom donné :).


L’étoile géante rouge carbonée CW Leonis vue par PACS et SPIRE, deux des caméras-spectromètres d’Herschel.
L’étoile est trop lumineuse pour être bien distinguée. Mais elle libère de la matière sous forme d’un vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur...)
stellaire violent, dont une partie apparaît comme un ‘choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes...) en forme d’arc’ à gauche de l’étoile dans cette image.
Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) ont montré que la vapeur d’eau se forme en profondeur près de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) de l’étoile,
ce qui était jusqu’ici considéré comme impossible. Les astronomes en déduisent que le vent stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le...)
doit être beaucoup plus « grumeleux », hétérogène, qu’on ne pensait.
Certaines régions connaissent un vent beaucoup plus faible que d’autres.
Ce phénomène permet à la lumière ultraviolette de l’espace interstellaire d’atteindre en profondeur
les régions les plus chaudes et d’y déclencher la création de la vapeur d’eau.

Les principaux éléments constitutifs de la vie sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) sont l’eau et les molécules organiques à base de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). Les deux entités sont synthétisées en quantité par les étoiles comme le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) à la fin de leur vie. Quand ils vieillissent, ces astres deviennent des étoiles géantes rouges. Ils expulsent leur atmosphère. Celle-ci, on l’a déjà vu, peut contenir des molécules d’eau ou organiques ; mais jusqu’ici on pensait que les deux espèces ne pouvaient coexister. Les nouveaux résultats obtenus avec les Photodetector Array Camera Spectrometer - PACS et Spectral and Photometric Imaging Receiver - SPIRE à bord de l’observatoire Herschel lancé, en mai 2009, par l’Agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) européenne ESA ont conduit à réviser cette notion par la détection de vapeur d’eau chaude qui abonde dans l’atmosphère d’une étoile géante rouge pulsante, très riche en carbone.

CW du Lion (alias IRC+10216) est une étoile géante rouge située dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires,...) du Lion. De quelques fois la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...) du Soleil, elle s’étend pourtant à des centaines de fois la taille de notre étoile – dans le Système solaire, elle se prolongerait jusqu’au-delà de l’orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) de Mars. A peine détectable dans le visible, même par les plus grands télescopes, c’est la plus brillante étoile du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) observé dans l’infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.), à des longueurs d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) dix fois plus élevées que celles perçues par l‘œil humain. Ceci suggère que d’énormes quantités de particules de poussière se sont condensées autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de l’astre. Elles absorbent le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) visible pour le réemettre, ensuite, dans l’infrarouge.

L’étoile est classifiée comme ‘carbonée’. À une distance d’environ 500 années-lumière, c’est l’objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) de ce genre le plus proche de la Terre. En profondeur, dans son cœur, les réactions de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire...) nucléaire convertissent l’hélium en carbone. L’astre émet actuellement 10 000 fois plus d’énergie que le Soleil. Et ses couches externes enflent en un ‘vent stellaire’ – un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède un...) de fois plus intense que le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le Soleil,...). Cette matière est riche de nombreuses molécules à base de carbone et de particules de poussière. CW Leonis achèvera bientôt son existence en devenant une étoile naine blanche chaude entourée d’une nébuleuse planétaire – un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il...) diffus de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) et de poussière fait de la matière présente dans son atmosphère et ensuite expulsée.

Avec autant de carbone dans son atmosphère, la quasi totalité de l’oxygène devrait se trouver piégée sous forme de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un atome de...) CO, pensaient les scientifiques. Ce qui signifie que la molécule d’eau H2O doit être absente. Cependant, en 2001, le Submillimeter Wave Astronomy Satellite - SWAS (Satellite d’astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue...) en ondes submillimétriques) a détecté des émissions de CW Leonis à une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est...) d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) particulière liée à la vapeur d’eau. Une proposition d’origine possible était alors que le vent stellaire libère des molécules d’eau à partir d’un nuage de comètes glacées autour de l’étoile.

Toutefois, désormais, Herschel a détecté la signature définitive de l’eau à des longueurs d’ondes beaucoup nombreuses. La vapeur d’eau apparaît portée à des températures allant jusqu’à 1000 degrés, ce qui implique que la vapeur d’eau se trouve distribuée à travers le vent stellaire y compris en profondeur, près de l’étoile elle-même. Le modèle de vent stellaire en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) avec un nuage de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) cométaire doit maintenant être remplacé par celui où la vapeur d’eau est créée par des processus chimiques jusque-là insoupçonnés et déclenchés avec l’aide du rayonnement ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) interstellaire. La lumière ultraviolette brise le monoxyde de carbone et libère l’oxygène qui réagit ensuite avec l’hydrogène pour former les molécules d’eau.

La seule source plausible de lumière ultraviolette est l’espace interstellaire ambiant. On savait déjà que le vent stellaire est hétérogène, ‘grumeleux’, et les résultats apportés par Herschel montrent que certaines régions autour de l’étoile sont effectivement presque vides. Elles permettent à la lumière ultraviolette d’atteindre les couches les plus profondes de l’atmosphère de l’étoile et d’y initier les réactions qui conduisent à l’eau.

Sur la Terre primitive, le rayonnement ultraviolet sévère en provenance de notre propre Soleil pourrait avoir joué un rôle crucial dans le déclenchement des processus prébiotiques qui ont finalement abouti à créer les briques moléculaires de la vie. Les nouveaux résultats du télescope Herschel impliquent que des réactions analogues opèrent autour d’étoiles géantes rouges qui continuent de fournir du matériel pour les nouvelles générations d’étoiles et de planètes dans les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) comme notre Voie lactée.


Référence:

Ces informations sont issues d’un article scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) intitulé "Warm water vapour in the sooty ouflow from a luminous carbon star" et paru le jeudi 2 Septembre 2010 dans la revue internationale Nature.

Equipe:

Le travail d’analyse a été conduit pas 37 chercheurs ressortissants de 8 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus...). L’auteure principale est Leen Decin, de l’Université catholique de Louvain (Belgique). Marcelino Agúndez de l’Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir...), Michel Guélin de Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de Radio Astronomie Millimétrique - IRAM et Claudine Kahane de l’Observatoire de Grenoble ont contribué en France.

Marcelino Agúndez est chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés...) post-doctorant au Laboratoire Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et Théories - LUTH, unité mixte de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) entre l’Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien,...), le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et l’Université Paris-Diderot.

L’Institut de Radio Astronomie Millimétrique - IRAM est un organisme de recherche franco-germano-espagnol. Ses activités sont soutenues en France par l’INSU/CNRS.

Le télescope Herschel

Le télescope Herschel un observatoire de l’ESA. Les instruments PACS et SPIRE ont été réalisés par un consortium d’instituts avec le soutien, en France, du CEA, du CNES et du CNRS
.


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Source: Observatoire de paris
Illustration: (ESA / KU Leuven / LUTH / Observatoire de Paris)