Astronomie: démêler un flux en spirale de braises poussiéreuses

Publié par Redbran le 21/09/2020 à 13:00
Source: Université de Montréal
Grâce à près de deux décennies d'imagerie dans l'infrarouge moyen provenant des plus grands observatoires du monde, une équipe internationale d'astronomes a réussi à capturer le mouvement en spirale de la poussière provenant du système 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.) binaire Wolf-Rayet (WR) 112.


La formation de poussière dans l'espace est typiquement observée dans les doux écoulements des étoiles froides ayant une masse semblable à 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...). Crédit: Getty

L'analyse de ce flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens...) de poussière désigne WR 112 comme une usine à poussière très efficace qui produit chaque 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.) une masse terrestre entière de poussière, révèlent les astronomes dans une étude publiée dans la revue Astrophysical Journal.

La formation de poussière dans l'espace est typiquement observée dans les doux écoulements des étoiles froides ayant une masse semblable à celle du Soleil. Elle est quelque peu inhabituelle dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) extrême des étoiles massives et de leurs vents violents.

Cependant, des choses intéressantes se produisent lorsque interagissent les vents rapides de deux étoiles massives d'un système stellaire binaire.


Anthony Moffat
"Lorsque les deux vents entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.), c'est l'enfer", a dit Anthony Moffat, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) de l'Université de Montréal (L’Université de Montréal est l'un des quatre établissements d'enseignement supérieur de Montréal au Québec. Elle est l'une des dix grandes universités du Canada (la...) et membre de l'équipe 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...), qui a découvert les spirales de poussière de WR 112 pour la première fois en 2002 avec son collègue de l'UdeM de l'époque Sergey Marchenko.

"Il y a une émission massive (Le mot massif peut être employé comme :) de rayons X 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 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 énergies.), a mentionné Anthony Moffat, ainsi qu'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) étonnamment importante de particules de poussière d'aérosol (Un aérosol est un ensemble de particules, solides ou liquides, d'une substance chimique donnée en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités humaines ou...) 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.) nouvellement formées dans ces binaires où l'une des étoiles a évolué pour brûler de 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...), qui produit 40 % de carbone dans leurs vents."

Ce processus de formation de poussière de binaires est exactement ce qui se produit dans WR 112. C'est un phénomène qui a été observé dans d'autres systèmes, dont WR 104, par le coauteur de l'étude actuelle, Peter Tuthill, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Sydney. WR 104, en particulier, montre une élégante traînée (En mécanique des fluides, la traînée est la force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz. Mathématiquement c'est la composante des efforts exercés sur le corps,...) de poussière ressemblant à une "roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) d'épingle" qui trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du...) le mouvement orbital du système stellaire binaire central.

La nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus composé de...) de poussière 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...) de WR 112 est beaucoup plus complexe. Pendant des décennies, les observations sur plusieurs longueurs 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 transporter de matière. Une onde...) ont donné des interprétations contradictoires de l'écoulement de poussière et du mouvement orbital de WR 112. Puis, en octobre 2019, après presque 20 ans d'incertitude, les images de l'instrument COMICS ‒ du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) Subaru (Subaru est un constructeur automobile japonais, né en 1956, et faisant partir du groupe Fuji Heavy Industries) du Japon, basé à Hawaii ‒ ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites...) la dernière pièce, inattendue, du puzzle.

"Nous avons publié une étude en 2017 sur WR 112 qui indiquait que la nébuleuse poussiéreuse ne bougeait pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.); j'ai donc pensé que notre observation (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 appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) COMICS le confirmerait", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Ryan Lau, de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) des sciences spatiales et astronautiques de l'Agence japonaise d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique (déplacement dans...).

"À ma grande surprise, l'image COMICS a révélé que l'enveloppe poussiéreuse avait bougé depuis la dernière image que nous avons prise avec le VLT [Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires à l'Observatoire du Cerro Paranal, situé dans le désert d'Atacama au nord du Chili,...)] en 2016. Cela m'a tellement troublé qu'après mes observations je n'ai pas réussi à dormir. J'ai continué à feuilleter les images jusqu'à ce que je comprenne finalement que la spirale ((voir page de discussion)) semblait tomber vers nous."

Ryan Lau a montré ses travaux à Peter Tuthill et à son étudiant Yinuo Han, de l'Université de Sydney, tous deux experts en modélisation et en interprétation du mouvement des spirales poussiéreuses de systèmes binaires comme WR 112. "J'ai partagé avec eux les images de WR 112 et ils ont pu produire un modèle préliminaire étonnant qui a confirmé que le courant de spirales poussiéreuses tourne dans notre direction le long de notre ligne de visée", a raconté Ryan Lau.


Modèle animé de la nébuleuse spirale de poussière autour de WR 112 (à gauche) et les observations correspondantes réelles (à droite).


Ce modèle animé montre l'effet de l'angle de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) sur l'apparition de la spirale de poussière.

En effet, les images du modèle de l'équipe ont mis au 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...) une remarquable ressemblance avec les images réelles de WR 112. Les modèles et la série d'images observées ont révélé que la période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui même. Par exemple, la Terre a une période de rotation d'environ 24 heures.) de cette spirale poussiéreuse "en bordure" (et 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 orbitale de 365,25 jours.) du 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 peuvent prendre...) central lui-même) est de 20 ans. L'aspect est radicalement différent selon qu'on la regarde de face ou de côté, ce qui reflète l'importance de l'angle de vision de WR 112.

Avec l'image révisée de WR 112, l'équipe de recherche a pu déduire la quantité de poussière que ce système binaire est 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 (pour transporter des marchandises), et peut...) de former.

"Les spirales sont des modèles répétitifs, donc, puisque nous comprenons combien de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) il faut pour que s'effectue un tour complet de spirale poussiéreuse ‒ environ 20 ans ‒, nous pouvons déterminer l'âge de la poussière produite par les étoiles binaires au centre de sa spirale, a expliqué Ryan Lau. Il y a de la poussière fraîchement formée au centre même de la spirale, alors que la poussière que nous voyons s'éloigner de quatre tours de spirale a environ 80 ans.

"Par conséquent, a-t-il poursuivi, nous pouvons essentiellement établir sa durée de vie (La vie est le nom donné :) le long du flux de poussière en spirale révélé par nos observations. J'ai donc pu repérer les images où se trouve la poussière formée à ma naissance: en ce moment, elle se trouve quelque part entre le premier et le deuxième tour de spirale."

À leur grande surprise, les astronomes ont découvert que WR 112 est une usine à poussière très efficace qui produit de la poussière à un rythme équivalant à celui de la production annuelle d'une masse terrestre entière de poussière. Cela était inhabituel compte tenu de la période orbitale de 20 ans de WR 112; les producteurs de poussière les plus efficaces dans ce type de système stellaire binaire WR ont tendance à avoir des périodes orbitales plus courtes, de moins d'un an, comme WR 104 avec sa période de 220 jours.

WR 112 démontre donc la diversité des systèmes binaires WR capables de former efficacement de la poussière et met en évidence leur rôle potentiel en tant que sources importantes de poussière non seulement dans notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...), mais aussi dans les galaxies au-delà, estiment les chercheurs.

Enfin, ont-ils dit, ces résultats démontrent le potentiel de nouvelles découvertes grâce à l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) multipôle 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.) moyen par l'instrument MIMIZUKU de l'observatoire Atacama de l'Université de Tokyo, qui doit commencer à fonctionner bientôt au Chili.

"Les résultats de notre étude dans l'infrarouge moyen ont pu être obtenus grâce notamment aux plus grands observatoires du monde (Le mot monde peut désigner :) et préparent le terrain pour la prochaine décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.) de découvertes astronomiques avec des télescopes de 30 m et le futur télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue...) James-Webb de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...)", a conclu M. Lau.
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