Le télescope spatial James Webb de la NASA a réalisé une première en capturant une image en infrarouge moyen d’un système unique, constitué de quatre spirales de poussière serpentines, chacune s’élargissant dans un motif parfaitement identique. L’observation d’avant Webb n’avait révélé qu’une seule coque et, bien que l’existence de coques externes ait été supputée, les recherches effectuées via des télescopes terrestres n’avaient rien découvert. Ces coques ont été émises au cours des 700 dernières années par deux étoiles Wolf-Rayet vieillissantes dans un système nommé Apep, en référence au dieu égyptien du chaos.
L’image du télescope Webb, combinée à des années de données provenant du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire austral européen au Chili, a permis de déterminer la fréquence à laquelle ce couple d’étoiles se croise : une fois tous les 190 ans. Durant chaque orbite, ils se rapprochent pendant 25 ans, formant ainsi de la poussière.
Webb a également confirmé la présence de trois étoiles gravitationnellement liées dans ce système. La poussière éjectée par les deux étoiles Wolf-Rayet est « coupée » par une troisième étoile, un supergéante massive, qui perfore chaque nuage de poussière en se déplaçant sur une orbite plus large. Dans l’image de Webb, ces trois étoiles apparaissent comme un seul point lumineux intrigant.
L’image en infrarouge moyen du Webb montre pour la première fois quatre coques de poussière enroulées autour d’une paire d’étoiles Wolf-Rayet connues sous le nom d’Apep. Les observations antérieures n’avaient montré qu’une seule coque. Les données de Webb ont également confirmé la présence de trois étoiles liées par la gravité.
Image : NASA, ESA, CSA, STScI ; Science : Yinuo Han (Caltech), Ryan White (Macquarie University) ; Traitement d’image : Alyssa Pagan (STScI)
« Examiner les nouvelles observations de Webb, c’était comme entrer dans une pièce sombre et allumer la lumière — tout est devenu visible », a déclaré Yinuo Han, auteur principal d’une nouvelle étude parue dans The Astrophysical Journal et chercheur postdoctoral au Caltech en Californie. « La poussière est omniprésente sur l’image de Webb, et le télescope révèle que la plupart d’entre elles ont été rejetées selon des structures répétitives et prévisibles. »
Han, White et leurs co-auteurs ont affiné l’orbite des étoiles Wolf-Rayet en combinant des mesures précises de l’emplacement des anneaux de l’image du Webb avec la vitesse d’expansion des coques mesurée par le VLT sur une période de huit ans.
« C’est un système unique avec une période orbitale incroyablement rarissime », a ajoutée White. « La prochaine orbite la plus longue pour un binaire de Wolf-Rayet poussiéreuse est d’environ 30 ans. La plupart se situent entre deux et dix ans. »
Lorsque les étoiles Wolf-Rayet se rapprochent l’une de l’autre, leurs vents stellaires puissants se heurtent et se mélangent, formant et expulsant une grande quantité de poussière riche en carbone pendant 25 ans à la fois. Dans des systèmes similaires, la poussière est éjectée en quelques mois, comme les coques dans Wolf-Rayet 140.
Les étoiles Wolf-Rayet en question ne naviguent pas tranquillement dans l’espace. Elles se déplacent à une vitesse de 1 200 à 2 000 miles par seconde (2 000 à 3 000 kilomètres par seconde), éjectant de la poussière.
Cette poussière est également très dense. La composition spécifique de cette poussière explique en partie pourquoi Webb a pu observer autant de détails : elle est principalement constituée de carbone amorphe. « Les grains de poussière de carbone conservent une température plus élevée même en s’éloignant de l’étoile », explique Han. Bien que les grains de poussière exceptionnellement petits soient considérés comme chauds dans l’espace, la lumière qu’ils émettent est extrêmement faible, ce qui explique pourquoi elle ne peut être détectée depuis l’espace que par l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb.
Pour repérer les trous découpés par la troisième étoile, cherchez le point lumineux central et tracez une forme de V partant de 10 heures à 14 heures. « La cavité est plus ou moins au même endroit dans chaque coque et ressemble à un entonnoir », précise White.
« J’ai été choqué de voir les nouvelles calculs se réaliser dans nos simulations », a déclaré White. « Webb nous a donné l’élément décisif pour prouver que la troisième étoile est gravitationnellement liée à ce système. » Bien que les chercheurs aient eu connaissance du troisième étoile depuis que le VLT a observé la coque intérieure la plus lumineuse en 2018, les observations de Webb ont permis d’établir un modèle géométrique mis à jour, consolidant ainsi la connexion.
« Nous avons résolu plusieurs mystères grâce à Webb », a affirmé Han. « Le mystère restant est la distance précise des étoiles par rapport à la Terre, ce qui nécessitera des observations futures. »
Les deux étoiles Wolf-Rayet étaient initialement plus massives que leur compagne supergéante, mais ont perdu la majorité de leur masse. Il est probable que ces étoiles Wolf-Rayet pèsent entre 10 et 20 fois la masse du Soleil, tandis que la supergéante pourrait être 40 à 50 fois plus massive que notre étoile.
Finalement, ces étoiles exploseront en supernova, projetant rapidement leur contenu dans l’espace. Elles pourraient également émettre une sursaut gamma, l’un des événements les plus puissants de l’univers, avant de potentiellement devenir un trou noir.
Les étoiles Wolf-Rayet sont incroyablement rares dans l’univers. On estime qu’il n’en existe qu’un millier dans notre galaxie, la Voie lactée, qui compte au total des centaines de milliards d’étoiles. Parmi les quelques centaines de binaires Wolf-Rayet observés jusqu’à présent, Apep est le seul exemple contenant deux étoiles Wolf-Rayet de ce type dans notre galaxie — la plupart n’en ont qu’une.
Le télescope spatial James Webb est l’observatoire scientifique spatial de premier plan au monde. Webb résout des mystères dans notre système solaire, scrute les mondes lointains autour d’autres étoiles et explore les structures mystérieuses et les origines de notre univers ainsi que notre place dans celui-ci. Webb est un programme international dirigé par la NASA, en partenariat avec l’ESA (Agence spatiale européenne) et la CSA (Agence spatiale canadienne).
Points à retenir
- Webb a révélé un système unique avec quatre coques de poussière éjectées par deux étoiles Wolf-Rayet.
- Les étoiles Wolf-Rayet se rapprochent tous les 190 ans, produisant de la poussière durant 25 ans.
- Un troisième étoile, une supergéante massive, influence la forme de la poussière éjectée.
- Le télescope a permis d’observer des détails invisibles sur Terre.
- Les étoiles Wolf-Rayet sont rares, avec seulement un millier estimé dans la Voie lactée.
En somme, cette découverte fascinante nous invite à réfléchir sur la complexité des systèmes stellaires et sur la fragilité de la vie et des étoiles. Qui aurait cru qu’au-delà des cieux, se cachent des histoires si riches, des dynamiques fascinantes, et des événements grandioses qui façonnent notre univers ? Je ne peux m’empêcher de penser à la beauté de ces processus naturels et à notre quête incessante de connaissances. Que d’interrogations se posent ici sur notre place dans cet immense cosmos !