Quelle est cette étoile mystérieuse photographiée par le télescope James-Webb ?

Tout comme le télescope Hubble, le James Webb (JWST) peut apporter des contributions dans de nombreuses questions deastrophysique et de cosmologie. Elles ne se limitent pas à l’étude des premières galaxies ou à l’analyse de la composition chimique des ambiances d’exoplanètes. Nous savons, par exemple, que la poussière interstellaire, qui représente environ 1 % de des nuages molécules denses et froides est un ingrédient clé dans la formation de étoiles et planètes. Cependant, il s’avère que les différents processus de production de ces poussières ne sont pas encore aussi bien compris que les cosmochimistes et astrophysiciens voudrais.

C’est pourquoi, pour y voir plus clair, des programmes d’étude des systèmes stellaires doubles connus sous le nom de binaires Wolf-Rayet (WR) à évents en collision sont déjà en cours avec le JWST. Nous savons que les systèmes WR 140 et WR 137 sont actuellement sous laœil de télescope spatial James-Webb car ils sont des générateurs de poussière efficaces dans leUnivers des exemples locaux actuels et surtout, croit-on, représentatifs d’autres binaires de vent en collision qui existaient probablement dans les premières galaxies.

Une image prise par le JWST du WR 140 est actuellement à l’honneur. C’est spectaculaire et il s’agit d’un système binaire déjà étudié avec le télescope Hubble soit environ 5 600 Années lumière de Système solaire dans le voie Lactée en regardant dans la direction de constellation du Cygne.

Le binaire est étudié depuis des décennies. Nous savons donc depuis un moment que WR 140 est une étoile double massive comprenant une étoile Loup-Rayet type WC7 et une étoile O5, probablement un supergéante bleue. Les deux étoiles soufflent des vents stellaires rapides (environ 3 000 km/s) sous l’effet de la pression de radiation produite par luminosité à partir de 103 à 104 fois celui de Soleil. Cela se traduit par des pertes de masse important, environ 10-5 et 10-6 masses solaires/an.

Bulles de poussière géantes

La fausse image couleurs du JWST, car pris dans l’infrarouge, présente les huit branches produites par le phénomène de diffraction avec le miroirs du télescope (voir sur ce phénomène, l’ouvrage culte sur l’optique d’Eugene Hecht). Il s’agit donc d’un artefact, mais ce n’est pas le cas de la série d’arcs de cercle entourant le binaire central sur l’image.

Ce sont des coquilles de gaz qui apparaissent comme des anneaux car les bords de ces coquilles, qui ne sont pas perpendiculaires à la vue de l’observateur, représentent le rayonnement de “colonnes” de question plus épais sur la ligne de mire.

L’existence de ces coquilles n’est pas mystérieuse et on comprend comment elles sont produites périodiquement tous les 7,94 ans environ. Une vingtaine d’anneaux sont visibles et, selon les astrophysiciens, le plus jeune est né en 2016. Mais comment savent-ils ?

Cette animation montre la production de poussière dans le système d’étoiles binaires WR 140 alors que l’orbite de l’étoile Wolf-Rayet s’approche de l’étoile de type O et que leurs vents stellaires entrent en collision. Des vents plus forts de l’étoile Wolf-Rayet soufflent derrière l’étoile O et de la poussière se forme dans son sillage lorsque le matériau stellaire mélangé se refroidit. Au fur et à mesure que le processus se répète, la poussière formera une coquille. © NASA, ESA et J. Olmsted (STScI)

La détermination des paramètres orbitaux des étoiles de WR 140 montre qu’elles sont sur des orbites respectives assez excentriqueafin qu’ils se rapprochent de manière cohérente en tendant vers l’un d’eux son périastre (la distance la plus courte entre eux) environ tous les 7,94 ans précisément.

La collision entre les vents stellaires produits par les deux étoiles est assez violente à ce moment, puis une bulle de matière en expansion naît qui, en se refroidissant, provoquera la condensation de la poussière. C’est cette poussière qui est chauffée par le rayonnement ultra-violet des deux jeunes étoiles massives se refroidiront alors en rayonnant dans l’infrarouge, révélant les coquilles en expansion au JWST. On peut ainsi voir des sortes de couches témoignant de l’histoire passée depuis environ 160 ans du binaire.

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