Des indices sur la façon dont les mondes comme la Terre ont pu se former ont été retrouvés enterrés au cœur d'un « papillon cosmique » spectaculaire. Avec l'aide du télescope spatial James Webb, les chercheurs disent qu'ils ont fait un grand bond en avant dans notre compréhension de la façon dont la matière première des planètes rocheuses se rassemble.
Cette poussière cosmique – des particules de minéraux et des matières organiques qui incluent des ingrédients liés aux origines de la vie – a été étudié au cœur de la nébuleuse des papillons, NGC 6302, qui est située à environ 3 400 années-lumière dans la constellation Scorpius.
Du tore dense et poussiéreux qui entoure l'étoile cachée au centre de la nébuleuse à ses jets sortants, les observations Webb révèlent de nombreuses nouvelles découvertes qui peignent un portrait jamais vu auparavant d'une nébuleuse planétaire dynamique et structurée.
Ils ont été publiés dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
La plupart des poussières cosmiques ont une structure atomique amorphe ou orientée aléatoire, comme la suie. Mais une partie se forme de belles formes cristallines, plus comme de minuscules pierres précieuses.
« Pendant des années, les scientifiques ont débattu de la façon dont la poussière cosmique se forme dans l'espace. Mais maintenant, avec l'aide du puissant télescope spatial James Webb, nous pouvons enfin avoir une image plus claire », a déclaré le chercheur principal, le Dr Mikako Matsuura, de l'Université de Cardiff.
«Nous avons pu voir les deux pierres précieuses cool formées dans des zones calmes et durables et une crasse ardente créée dans des parties violentes et en mouvement rapide de l'espace, le tout dans un seul objet.
« Cette découverte est un grand pas en avant pour comprendre comment les matériaux de base des planètes se réunissent. »
L'étoile centrale de la nébuleuse des papillons est l'une des étoiles centrales les plus chaudes connues dans une nébuleuse planétaire de notre galaxie, avec une température de 220 000 Kelvin.
Ce moteur stellaire flamboyant est responsable de la magnifique lueur de la nébuleuse, mais sa pleine puissance peut être canalisée par la bande dense de gaz poussiéreuse qui l'entoure: le tore.
Les nouvelles données Webb montrent que le tore est composé de silicates cristallins comme le quartz ainsi que des grains de poussière de forme irrégulière. Les grains de poussière ont des tailles sur l'ordre d'un millionième de mètre – de plus en plus loin que la poussière cosmique est considérée – indiquant qu'ils poussent depuis longtemps.
En dehors du tore, l'émission de différents atomes et molécules prend une structure multicouche. Les ions qui nécessitent la plus grande quantité d'énergie pour se former sont concentrés près du centre, tandis que ceux qui nécessitent moins d'énergie sont trouvés plus loin de l'étoile centrale.
Le fer et le nickel sont particulièrement intéressants, traçant une paire de jets qui explosent vers l'extérieur de l'étoile dans des directions opposées.
Curieusement, l'équipe a également repéré la lumière émise par des molécules à base de carbone appelées hydrocarbures aromatiques polycycliques, ou HAP. Ils forment des structures plates et annulaires, tout comme les formes en nid d'abeille trouvées dans les ruches.
Sur Terre, nous trouvons souvent des HAP en fumée des feux de camp, des échappements de voiture ou des toasts brûlés.
Compte tenu de l'emplacement des HAP, l'équipe de recherche soupçonne que ces molécules se forment lorsqu'une « bulle » de vent de l'étoile centrale éclate dans le gaz qui l'entoure.
Il peut s'agir de la toute première preuve que les HAP se formaient dans une nébuleuse planétaire riche en oxygène, offrant un aperçu important des détails de la façon dont ces molécules se forment.
NGC 6302 est l'une des nébuleuses planétaires les mieux étudiées de notre galaxie et a été précédemment imagée par le télescope spatial Hubble.
Les nébuleuses planétaires sont parmi les créatures les plus belles et les plus insaisissables du zoo cosmique. Ces nébuleuses se forment lorsque des étoiles avec des masses entre environ 0,8 et huit fois la masse du soleil ont perdu la majeure partie de leur masse à la fin de leur vie. La phase de nébuleuse planétaire est éphémère, ne dure que 20 000 ans.
Contrairement au nom, les nébuleuses planétaires n'ont rien à voir avec les planètes: la confusion de dénomination a commencé il y a plusieurs centaines d'années, lorsque les astronomes ont rapporté que ces nébuleuses sont apparues, comme des planètes.
Le nom est resté, même si de nombreuses nébuleuses planétaires ne sont pas du tout rondes – et la nébuleuse des papillons est un excellent exemple des formes fantastiques que ces nébuleuses peuvent prendre.
La nébuleuse des papillons est une nébuleuse bipolaire, ce qui signifie qu'elle a deux lobes qui se propagent dans des directions opposées, formant les « ailes » du papillon. Une bande sombre de gaz poussiéreuse se fait passer pour le «corps» du papillon.
Ce groupe est en fait un torius en forme de noix qui est vu du côté, cachant l'étoile centrale de la nébuleuse – le noyau ancien d'une étoile semblable à un soleil qui dynamise la nébuleuse et la fait briller. Le beignet poussiéreux peut être responsable de la forme insectoïde de la nébuleuse en empêchant le gaz de s'écouler à l'extérieur de l'étoile également dans toutes les directions.
La nouvelle image Webb zoome sur le centre de la nébuleuse des papillons et son tore poussiéreux, offrant une vue sans précédent de sa structure complexe. L'image utilise les données de l'instrument d'infrartement moyen (MIRI) de Webb fonctionnant en mode unité de champ intégral.
Ce mode combine une caméra et un spectrographe pour prendre des images à de nombreuses longueurs d'onde différentes simultanément, révélant comment l'apparence d'un objet change avec la longueur d'onde. L'équipe de recherche a complété les observations Webb avec des données du réseau ATACAMAGAME Millimètre / Submillimitter, un puissant réseau de plats radio.
Les chercheurs analysant ces données Webb ont identifié près de 200 lignes spectrales, chacune contenant des informations sur les atomes et les molécules dans la nébuleuse. Ces lignes révèlent des structures imbriquées et interconnectées tracées par différentes espèces chimiques.
L'équipe de recherche a pu déterminer l'emplacement de l'étoile centrale de la nébuleuse de papillon, qui chauffe un nuage de poussière auparavant non détecté autour de lui, ce qui fait briller ce dernier aux longueurs d'onde infrarouge moyennes auxquelles Miri est sensible.
L'emplacement de l'étoile centrale de la nébuleuse est resté insaisissable jusqu'à présent, car cette poussière en forme le rend invisible aux longueurs d'onde optiques. Les recherches précédentes pour l'étoile manquaient de combinaison de la sensibilité et de la résolution infrarouges nécessaires pour repérer son nuage de poussière chaud obscurci.
