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Les astronomes du projet « Atomium » observent les vents stellaires avec de surprenants détails

Christian Du Brulle

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Une équipe internationale d’astronomes réunis au sein du projet « Atomium » (ALMA tracing the origins of molecules forming dust in oxygen-rich M-type stars) livre de surprenantes images des nuages de gaz et de particules émis par les étoiles en fin de vie. Contrairement à ce qu’on pourrait penser, ces « bulles » ne sont pas vraiment sphériques, mais présentent des formes multiples.

Exemple d'une nébuleuse en forme de pétales de rose, autour de l'étoile R/Aquilae. © L. Decin, ESO/ALMA
Exemple d’une nébuleuse en forme de pétales de rose, autour de l’étoile R/Aquilae. © L. Decin, ESO/ALMA

Lorsque leur carburant nucléaire s’épuise, les étoiles comme le Soleil grossissent considérablement et se refroidissent pour devenir des géantes rouges. Elles produisent alors des flots de particules, le vent stellaire, qui leur fait perdre une partie importante de leur masse. Les astronomes considéraient que ce vent stellaire était sphérique, comme les étoiles elles-mêmes. Lorsque l’étoile a perdu la majorité de sa matière, son cœur encore brulant est mis à nu, et la matière éjectée par l’étoile commence alors à briller formant une nébuleuse planétaire.

L’extraordinaire variété de formes et de couleurs des nébuleuses planétaires a toujours intrigué les astronomes. Elles semblent toutes avoir une certaine symétrie, mais ne sont presque jamais rondes. “Le Soleil – qui deviendra une géante rouge – est aussi rond qu’une boule de billard, et nous nous sommes donc demandé comment de telles étoiles pouvaient produire toutes ces formes différentes”, explique la professeure Leen Decin de l’université KU Leuven (Belgique), auteure principale de l’article.

Son équipe a observé les vents stellaires d’un échantillon d’étoiles géantes rouges avec l’observatoire ALMA au Chili, le plus grand radiotélescope du monde. Pour la toute première fois, ils ont rassemblé une vaste collection d’observations détaillées, chacune d’entre elles ayant été réalisée en utilisant exactement la même méthode. Cela a été essentiel pour pouvoir comparer directement les données et exclure les biais. Et les résultats sont surprenants. “Nous avons remarqué que ces vents sont tout sauf symétriques ou ronds”, dit Leen Decin. “Certains d’entre eux sont en fait assez similaires en forme aux nébuleuses planétaires”.

Les astronomes ont même pu identifier différentes catégories de formes. “Certains vents stellaires étaient en forme de disque, d’autres contenaient des spirales et dans un troisième groupe, nous avons identifié des cônes.” C’était une indication claire que les formes n’étaient pas créées au hasard. L’équipe a réalisé que d’autres étoiles de faible masse ou même des planètes massives orbitant à proximité de l’étoile en fin de vie étaient à l’origine des différentes formes. Ces compagnons sont trop petits et trop faibles pour être détectés directement. “Tout comme une cuillère mélangeant du café avec un peu de lait dans une tasse peut créer un motif en spirale, le compagnon aspire la matière vers lui alors qu’elle tourne autour de l’étoile et façonne le vent stellaire”, explique Leen Decin.

L’équipe a transposé cette théorie dans des modèles, et en effet : la forme des vents stellaires peut être expliquée par les compagnons qui les entourent, et le taux d’éjection de matière par l’étoile est un paramètre important. Leen Decin conclut : “Toutes nos observations s’expliquent par le fait que les étoiles ont un compagnon”.

Cette étude permet d’imaginer à quoi pourrait ressembler le Soleil lorsqu’il mourra dans 7 milliards d’années. “Jupiter ou même Saturne – de par leurs grandes masses – vont influencer le fait que le Soleil passe ses derniers millénaires au cœur d’une spirale, d’un papillon ou de l’une des autres formes envoûtantes que nous observons pour les nébuleuses planétaires aujourd’hui”, note Leen Decin. “Nos calculs indiquent maintenant qu’une spirale peu brillante va se former dans le vent stellaire du soleil quand celui-ci mourra”.

Cette étude fait partie du projet ATOMIUM, qui vise à en apprendre davantage sur la physique et la chimie des étoiles en fin de vie. “Les étoiles évoluées sont considérées comme ennuyeuses, vieilles et simples, mais nous avons démontré qu’elles ne le sont pas : elles racontent le récit de notre futur.

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