Les nébuleuses planétaires comptent parmi les spectacles visuels les plus époustouflants de la nature. Le nom prête à confusion puisqu’il s’agit de restes d’étoiles et non de planètes. Mais cela n’enlève rien à leur statut d’objets d’une beauté captivante et d’une étude scientifique intense.
Comme toutes les nébuleuses planétaires, la nébuleuse de l’Anneau Sud est le vestige d’une étoile comme notre soleil. À mesure que ces étoiles vieillissent, elles finiront par devenir des géantes rouges, se dilatant et rejetant des couches de gaz dans l’espace. Finalement, la géante rouge devient une naine blanche, un vestige stellaire dépourvu de fusion qui émane toute l’énergie thermique résiduelle dont elle dispose sans jamais en générer davantage. La naine blanche illumine les coquilles de gaz expulsées plus tôt et nous pouvons profiter du spectacle.
Lorsque le JWST tant attendu a commencé à fournir des images, la nébuleuse de l’anneau sud (NGC 3132) a été l’une de ses premières cibles. C’était l’un des cinq objets qui constituaient les premiers résultats scientifiques du télescope. Les images du JWST ont révélé quelque chose de surprenant à propos de NGC 3132 : elle possède deux étoiles. La naine blanche se trouve au centre de NGC 3132 et sa compagne se trouve entre 40 et 60 UA, soit à peu près la même distance que Pluton du soleil.
Les chercheurs voulaient en savoir plus sur la structure de la nébuleuse de l’anneau sud. Le JWST fonctionne dans l’infrarouge et peut imager l’hydrogène chaud dans la nébuleuse. Mais pour obtenir une image plus complète de la nébuleuse, une équipe de chercheurs du Rochester Institute of Technology (RIT) s’est tournée vers le Submillimeter Array (SMA). Le SMA peut détecter le CO (monoxyde de carbone) plus froid dans la nébuleuse, hors de portée du JWST. Il a détecté la présence de CO et mesuré sa vitesse ainsi que celle d’autres molécules.
La recherche est publié dans Le journal d’astrophysique intitulé « L’exosquelette moléculaire de la nébuleuse planétaire en forme d’anneau NGC 3132 ». Le professeur Joel Kastner de la RIT School of Physics and Astronomy est l’auteur principal.
Les nouvelles observations ont montré que la majeure partie de l’hydrogène gazeux de la nébuleuse se trouve dans un grand anneau en expansion et qu’un deuxième anneau en expansion est presque perpendiculaire au premier.
« JWST nous a montré les molécules d’hydrogène et comment elles s’empilent dans le ciel, tandis que le Submillimeter Array nous montre le monoxyde de carbone qui est plus froid que ce que l’on ne peut pas voir sur l’image JWST », a expliqué Kastner.
« La dimension de vitesse supplémentaire issue des observations de longueurs d’onde radio du réseau nous permet alors effectivement de voir la nébuleuse en 3D. Lorsque nous avons commencé à faire tourner la nébuleuse entière en 3D, nous avons immédiatement vu qu’il s’agissait réellement d’un anneau, puis nous avons été étonnés de voir il y a eu une autre sonnerie », a déclaré Kastner.
« Étonnamment, les données révèlent en outre que la nébuleuse semble également héberger un deuxième anneau moléculaire riche en poussières (anneau 2), détecté dans l’absorption (de poussière), dans les raies d’émission à faible excitation, dans H2 et (maintenant) dans 12CO. (2-1) – qui semble être presque perpendiculaire à l’anneau 1 », expliquent les auteurs dans leur recherche publiée.
Les anneaux sont décalés les uns par rapport aux autres, ce qui explique que la vue 3D rende le second plus visible. L’équipe a comparé ses observations à un modèle géométrique montrant des inclinaisons de 45° pour l’anneau 1 et de 78° pour l’anneau 2.
Pourquoi la nébuleuse de l’Anneau Sud a-t-elle deux anneaux décalés ?
Les auteurs affirment que nous avons une vue polaire d’une nébuleuse bipolaire façonnée par la présence d’une deuxième étoile. Il existe de nombreuses nébuleuses bipolaires, dont des plus connues comme la nébuleuse du Papillon.
Cependant, la présence d’une deuxième étoile a compliqué la forme de NGC 3132. « Nous suggérons que cette structure apparente à deux anneaux pourrait être le vestige d’une enveloppe moléculaire ellipsoïdale d’éjectas d’AGB qui a été principalement dispersée par une série d’écoulements ou de jets collimatés à tir rapide mais mal alignés », expliquent les auteurs dans leurs recherches. « Un tel scénario serait cohérent avec l’hypothèse selon laquelle l’ancêtre AGB de NGC 3132, qui perdait de la masse, était membre d’un système triple étoile en interaction. »
Ce serait cohérent, mais les auteurs affirment qu’il n’y a aucun moyen de conclure qu’une troisième étoile a été impliquée dans les recherches actuelles. « Des simulations détaillées des effets dynamiques de tels systèmes de jets renversants à étoiles multiples sur les enveloppes moléculaires AGB sont nécessaires pour tester ce scénario spéculatif pour la formation de l’exosquelette moléculaire de NGC 3132 », expliquent les auteurs.
La présence de tout ce gaz moléculaire dans la nébuleuse a surpris les scientifiques. Les UV intenses de la naine blanche devraient briser le monoxyde de carbone et l’hydrogène moléculaire. Mais ce n’est pas le cas.
« D’où viennent le carbone, l’oxygène et l’azote présents dans l’univers ? » dit Kastner. « Nous le voyons généré dans les étoiles semblables au Soleil qui sont en train de mourir, comme l’étoile qui vient de mourir et a créé l’anneau sud. Une grande partie de ce gaz moléculaire pourrait se retrouver dans les atmosphères planétaires et les atmosphères peuvent permettre la vie. »
Plus d’information:
Joel H. Kastner et al, L’exosquelette moléculaire de la nébuleuse planétaire en forme d’anneau NGC 3132, Le journal d’astrophysique (2024). DOI : 10.3847/1538-4357/ad2848