Regarder les étoiles est humain. Pouvoir les voir en détail en trois dimensions est presque divin.
La vision divine est ce que le télescope spatial James Webb a accordé aux scientifiques terrestres dans une nouvelle image proche infrarouge détaillée de Cassiopée A (Cas A), un vestige stellaire – les nuages de gaz, de poussière et d’autres matériaux laissés par la mort d’une étoile. Danny Milisavljevic, professeur adjoint de physique et d’astronomie au Collège des sciences de l’Université Purdue, étudie les restes de supernova et dirige une équipe de recherche d’une année sur le JWST examinant Cas A.
« J’ai passé 17 ans à étudier les étoiles et leurs explosions titanesques. J’ai utilisé des dizaines de télescopes, au sol et dans l’espace, couvrant le spectre électromagnétique des rayons gamma aux longueurs d’onde radio », a déclaré Milisavljevic. « Et pourtant, je n’étais toujours pas préparé aux données fournies par Webb. Je suis émerveillé par leur qualité et leur beauté. »
Cassiopée A est le plus jeune vestige connu d’une étoile massive qui explose dans notre galaxie, ce qui en fait une occasion unique d’en savoir plus sur la façon dont ces supernovae se produisent. La lumière de son explosion est arrivée sur Terre il y a 340 ans.
« Cas A représente notre meilleure opportunité d’examiner le champ de débris d’une étoile explosée et d’effectuer une sorte d’autopsie stellaire pour comprendre quel type d’étoile s’y trouvait auparavant et comment cette étoile a explosé », a déclaré Milisavljevic.
Les supernovae comme celle qui a formé Cas A sont cruciales pour la vie. Les étoiles créent une variété d’éléments, et les supernovae subséquentes créent des éléments supplémentaires – tout, du calcium dans nos os au fer dans notre sang – et les répandent dans l’espace interstellaire, ensemençant de nouvelles générations d’étoiles et de planètes.
« En comprenant le processus d’explosion des étoiles, nous lisons notre propre histoire d’origine », a déclaré Milisavljevic.
Regarder avec de nouveaux yeux
Situé à environ 11 000 années-lumière, le vestige se trouve dans la partie du ciel considérée comme appartenant à la constellation de Cassiopée. Un arrangement de cinq étoiles brillantes dans un « W », Cas A est invisible aux yeux humains depuis la Terre mais occupe l’espace qui semble être à droite du dernier trait du W.
Pendant des décennies, les scientifiques ont étudié Cas A. L’examen de la structure à l’aide de différentes longueurs d’onde donne aux astronomes de nouvelles informations sur l’anatomie des étoiles, de la même manière que les caméras infrarouges donnent aux humains des informations différentes de celles des caméras qui ne voient que dans le spectre de la lumière visible.
La nouvelle image recueillie par le nid d’abeilles doré de 18 miroirs de JWST montre des détails incroyables. Dans celui-ci, la lumière infrarouge moyenne a été traduite en lumière visible, permettant aux scientifiques d’analyser les détails et les structures. De grands rideaux de matière, ombragés de rouge et d’orange, représentent l’endroit où la matière de l’étoile s’écrase dans le gaz et la poussière circumstellaires. Parmi ces bandes roses, des éclats de rose montrent où brillent les éléments composites de l’étoile, notamment l’oxygène, l’argon et le néon.
Pour les chercheurs, l’un des éléments les plus déroutants de l’image est la grande boucle verte sur le côté droit de l’image.
« Nous l’avons surnommé le monstre vert, en l’honneur de Fenway Park à Boston », a déclaré Milisavljevic. « Si vous regardez attentivement, vous remarquerez qu’il est parsemé de ce qui ressemble à de petites bulles. La forme et la complexité sont inattendues et difficiles à comprendre. »
Des images à plus haute résolution, dans plus de longueurs d’onde, en particulier l’infrarouge, donnent aux astronomes un aperçu plus clair des subtilités de la structure. Comme ramasser des jumelles pour aider à résoudre les couleurs et les motifs sur l’aile d’un oiseau, plus les scientifiques ont de détails, plus ils peuvent déduire et analyser d’informations.
« Par rapport aux images infrarouges précédentes, nous voyons des détails incroyables auxquels nous n’avions pas accès auparavant », a déclaré Tea Temim, co-chercheur du programme de l’Université de Princeton.
La poussière à la poussière
Contre toute attente, l’un des éléments les plus excitants de l’image peut sembler le plus prosaïque : la poussière. Alors que la substance est irritante pour les femmes de ménage, elle intrigue les astronomes.
Des quantités massives de poussière imprègnent même les très jeunes galaxies de l’univers primitif. Il est difficile d’expliquer les origines de cette poussière sans créditer les supernovae, qui crachent de grandes quantités d’éléments lourds – les éléments constitutifs de la poussière – à travers l’espace.
Mais les supernovae peuvent aussi détruire la poussière, et on ne sait pas combien survivent au voyage dans l’espace interstellaire. En étudiant Cas A avec JWST, les astronomes espèrent mieux comprendre sa teneur en poussière, ce qui peut nous aider à comprendre où les éléments constitutifs des planètes – et nous-mêmes – sont créés.
« Dans Cas A, nous pouvons résoudre spatialement les régions qui ont des compositions de gaz différentes et examiner quels types de poussière se sont formés dans ces régions », a déclaré Temim.
Carl Sagan a assuré à l’humanité que nous sommes faits de « trucs de stars ». L’équipe de Milisavljevic et les observations du JWST aident les scientifiques à comprendre ce processus.
« Webb est une réussite incroyable », a déclaré Milisavljevic. « Je me sens chanceux d’être parmi les premiers scientifiques à tester son pouvoir inégalé pour explorer l’univers. Je vais passer le reste de ma carrière à essayer de comprendre ce qu’il y a dans cet ensemble de données. »