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Posté par Michel le Vendredi 12/10/2012 à 12:00
D'étonnantes structures spirales détectées par ALMA
Une équipe d'astronomes utilisant le grand réseau d'antennes millimétriques/submillimétriques ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a découvert une structure spirale totalement inattendue dans la matière qui entoure la vieille étoile R Sculptoris. C'est la première fois qu'une telle structure, avec une enveloppe sphérique extérieure, a été découverte 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...) d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) de type géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles se situent...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). C'est également la première fois que des astronomes peuvent obtenir une information complète en 3 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est...) sur une telle spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.). Cette forme étrange est probablement créée par une étoile compagne dissimulée en 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.) autour de la géante rouge. Ce travail est l'un des premiers résultats des programmes scientifiques préliminaires d'ALMA à être publié. Il pourra être lu dans la revue Nature de la semaine.


Des observations réalisées avec ALMA ont dévoilé une structure spirale inattendue dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...)
qui entoure la vieille étoile R Sculptoris. Cette structure, jamais vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) auparavant, est probablement causée
par un compagnon 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 monde.) caché, en orbite autour de l'étoile. Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
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Une équipe utilisant le grand réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) d'antennes ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), le plus puissant des télescopes millimétriques/submillimétriques au monde (Le mot monde peut désigner :), a découvert une étonnante structure spirale dans le 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...) autour de l'étoile géante rouge R Sculptoris (1)(2)(3). Cela signifie qu'il y a probablement une étoile compagnon invisible en orbite autour de l'étoile (4). Les astronomes ont également été surpris de constater que bien plus de matière que ce que l'on supposait a été éjectée par la géante rouge.

"Nous avions déjà vu des enveloppes autour de ce type d'étoile, mais c'est la toute première fois que nous voyons une spirale de matière qui s'échappe d'une étoile, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) qu'une enveloppe qui l'entoure", précise Matthias Maercker (ESO et Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Allemagne), premier auteur de l'article présentant ces résultats.

Du fait qu'elles éjectent de grandes quantités de matière, les géantes rouges comme R Sculptoris sont des contributeurs majeurs pour le gaz et la poussière qui fournissent la majeure partie de la matière première nécessaire à la formation de futures générations d'étoiles, de systèmes planétaires et par suite, de la vie (La vie est le nom donné :).

Même pendant la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) préliminaire, quand ces nouvelles observations ont été réalisées, ALMA est largement plus performant que les autres observatoires submillimétriques. Les précédentes observations ont clairement montré une enveloppe sphérique autour de R Sculptoris, mais n'avaient mis en évidence la structure spirale ni la présence d'une étoile compagne.

"Quand nous avons observé cette étoile avec ALMA, il n'y avait même pas la moitié des antennes en place. C'est vraiment fascinant d'imaginer ce que le réseau complet d'ALMA sera capable de produire une fois qu'il sera terminé en 2013" ajoute Wouter Vlemmings (Chalmers University of Technology, Suède), un des coauteurs de l'étude.

A la fin de leur vie, les étoiles ayant une 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 corps à la force de gravitation (la masse grave)....) jusqu'à huit fois celle du 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 d'hydrogène...) deviennent des géantes rouges et perdent une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer...) de leur masse dans 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 Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les...) stellaire dense. Au cours de la phase de géante rouge, les étoiles subissent également des explosions thermiques périodiques. Ce sont des phases de courte durée pendant lesquelles l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...) brule de manière explosive dans l'enveloppe autour du coeur stellaire. Une brutale élévation de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) conduit alors à une éjection de matière à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de l'étoile en proportion beaucoup plus grande, aboutissant à la formation d'une grande enveloppe de poussière et de gaz autour de l'étoile. Après l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la matière...), la vitesse (On distingue :) à laquelle l'étoile perd de la masse retombe à son rythme normal.

Les explosions thermiques se déroulent approximativement tous les 10 000 ou 50 000 ans et ne durent que quelques centaines d'années. Les nouvelles observations de R Sculptoris montrent qu'elle a dû subir une période d'explosions thermiques il y a environ 1800 ans qui a duré environ 200 ans. L'étoile compagne a modelé le vent provenant de R Sculptoris en forme de structure spirale.

"Grâce à la grande capacité d'ALMA pour observer de fins détails, nous avons pu beaucoup mieux comprendre ce qu'il arrive à une étoile avant, pendant et après une explosion thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) en étudiant comment l'enveloppe et la structure spirale sont formées," précise Matthias Maercker. "Nous avons toujours espéré qu'ALMA nous permettrait d'avoir un nouveau regard sur l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), mais découvrir des choses inattendues dès à présent, à l'occasion de l'une des premières séries d'observations, est vraiment enthousiasmant".

Afin de décrire la structure observée autour de R Sculptoris, l'équipe d'astronomes a également effectué des simulations numériques pour suivre l'évolution d'un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit « chiffre binaire ») les chiffres de la numération binaire. Ceux ci ne...) (5). Ces modèles correspondent parfaitement aux nouvelles observations d'ALMA.

"Décrire théoriquement tous les détails observés avec ALMA constitue un véritable défi, mais nos modélisations numériques montrent que nous sommes bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension en dehors du système...) et bien sur la bonne voie. ALMA nous offre un nouveau regard sur ce qui se passe dans ces étoiles et sur ce qu'il devrait arriver au Soleil d'ici quelques milliards d'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.)", déclare Shazrene Mohamed (South African Astronomical Observatory), coauteur de cette étude.

"Dans un futur proche, les observations d'étoiles comme R Sculptoris avec ALMA nous aideront à comprendre comment les éléments avec lesquels nous sommes fabriqués sont arrivés à es endroits comme la 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...). Ils nous donnent également une idée de ce à quoi pourrait ressembler notre étoile dans un futur lointain", conclut Matthias Maercker.

Notes:

(1) R Sculptoris est un exemple d'étoile de la branche asymptotique des géantes (en anglais, asymptotic giant branch - AGB). Ce sont des étoiles avec une masse initiale comprise entre 0,8 et 8 masses solaires dans les dernières phases de leur vie. Ce sont des géantes rouges froides avec d'importantes pertes de masse sous forme de forts vents stellaires qui sont typiquement des étoiles variables à longue période. Leur structure se compose d'un minuscule coeur central 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.) et d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) entouré par une enveloppe d'hélium et d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons...) de bruler et puis d'une énorme enveloppe de convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la...). Le Soleil évoluera un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) en étoile de type ABG.

(2) L'enveloppe éjectée, formée autour des étoiles ABG, est composée de gaz et de grains de poussière. Les grains de poussière peuvent être observés en regardant l'émission thermique s'étendant de 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...) lointain aux longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) millimétriques. Dans les longueurs d'onde millimétriques, l'émission de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) de CO permet aux astronomes d'obtenir une carte haute résolution de l'émission de gaz des forts vents stellaires générés par les étoiles ABG. Ces observations sont également d'excellents traceurs de la distribution du gaz autour de ces objets. La grande sensibilité d'ALMA rend possible la représentation directe des zones de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide). On peut expérimenter ce changement...) de poussière et de la structure de matière autour des étoiles AGB, montrant des détails plus petits que 0,1 arcseconde.

(3) Une spirale similaire, mais sans enveloppe environnante, a été observée au cours des observations de l'étoile LL Pegasi avec le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par...) NASA/ESA Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en l'honneur de...). Mais, contrairement aux nouvelles observations d'ALMA, les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) obtenues n'ont pas permis d'étudier la structure tridimensionnelle dans sa totalité.

(4) Des étoiles binaires "invisibles" ont également été proposées comme explication des formes bizarres observées chez des objets apparentés, les nébuleuses planétaires. Après la phase AGB, les étoiles de masse intermédiaires et faibles (0,8 à 8 masses solaires) vont terminer leur vie en formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue...) une nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus composé de gaz...) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés soit manuellement,...). Ce sont les restes brillants de l'enveloppe de gaz éjectée pendant la phase AGB, ionisés par le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière...) émis par l'étoile centrale. De nombreuses nébuleuses planétaires ont des morphologies extrêmement complexes et variées. Les étoiles centrales binaires, les disques stellaires et les champs magnétiques ont été proposés comme le mécanisme produisant de telles variétés de formes.

(5) le système modélisé ici est composé d'une étoile AGB principale en période d'explosion thermique et d'un compagnon stellaire. La distance séparant les deux étoiles utilisée pour la simulation est de 60 unités astronomiques avec une masse totale pour le système de deux masses solaires. La période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour effectuer une orbite complète. Par exemple, la Terre a une période...) est de 350 ans. 


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Source: ESO
 
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