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Un surprenant alignement cosmique dévoilé : le télescope Webb révèle de superbes jets stellaires dans la nébuleuse du Serpens

SciTechDaily

Dans cette image de la nébuleuse du Serpens prise par la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb de la NASA, les astronomes ont découvert un groupe de flux protostellaires alignés dans une petite région (le coin supérieur gauche). Dans l’image Webb, ces jets sont représentés par des stries lumineuses et grumeleuses qui apparaissent en rouge, qui sont des ondes de choc du jet frappant les gaz et la poussière environnants. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

L'alignement des jets bipolaires confirme les théories sur la formation d'étoiles

Certaines des découvertes astronomiques les plus importantes et les plus intéressantes ont surpris les chercheurs, même lorsqu’ils examinent les zones du ciel les mieux étudiées.

Souvent, ce sont les nouvelles technologies ou le hasard qui conduisent à ces découvertes. Dans une nouvelle étude de la nébuleuse du Serpens avec NASAc'est Télescope spatial James Webbc'est les deux.

Dans une région de la nébuleuse, Webb a résolu ce qui apparaissait auparavant comme des taches floues en flux protostellaires nets. Et à la grande surprise des chercheurs, ces flux semblent être alignés, ce qui suggère que nous avons capturé cette région à un moment unique de son histoire et fourni des informations sur les principes fondamentaux de la naissance des étoiles.

Détection unique en son genre réalisée dans une nouvelle image saisissante du télescope spatial Webb

Pour la première fois, un phénomène que les astronomes espéraient depuis longtemps imager directement a été capturé par la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb de la NASA. Dans cette superbe image de la nébuleuse du Serpens, la découverte se situe dans la zone nord (vue en haut à gauche) de cette jeune région de formation d'étoiles proche.

Les astronomes ont découvert un groupe intrigant d’écoulements protostellaires, formés lorsque des jets de gaz crachés par des étoiles nouveau-nées entrent en collision avec des gaz et des poussières proches à grande vitesse. Généralement, ces objets ont des orientations variées au sein d’une même région. Ici, cependant, ils sont inclinés dans la même direction, au même degré, comme la neige fondante qui tombe pendant une tempête.

La découverte de ces objets alignés, rendue possible grâce à la résolution spatiale et à la sensibilité exquises de Webb dans les longueurs d'onde du proche infrarouge, fournit des informations sur les principes fondamentaux de la naissance des étoiles.

« Les astronomes ont longtemps supposé que lorsque les nuages ​​s'effondrent pour former des étoiles, celles-ci auront tendance à tourner dans la même direction », a déclaré le chercheur principal Klaus Pontoppidan, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. « Cependant, cela n’a jamais été vu aussi directement auparavant. Ces structures alignées et allongées constituent un témoignage historique de la manière fondamentale dont les étoiles naissent.

Serpens Nord – Culture à flux sortants alignés (Webb NIRCam)

Cette image du télescope spatial James Webb de la NASA montre une partie de la nébuleuse du Serpens, où les astronomes ont découvert un groupe de flux protostellaires alignés. Ces jets sont représentés par des stries lumineuses et grumeleuses qui apparaissent en rouge, qui sont des ondes de choc du jet frappant les gaz et la poussière environnants. Ici, la couleur rouge représente la présence d’hydrogène moléculaire et de monoxyde de carbone. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

La mécanique de la formation des étoiles

Alors, quel est le rapport entre l’alignement des jets stellaires et la rotation de l’étoile ? Lorsqu’un nuage de gaz interstellaire s’écrase sur lui-même pour former une étoile, il tourne plus rapidement. La seule façon pour le gaz de continuer à se déplacer vers l’intérieur est de supprimer une partie du spin (appelé moment cinétique). Un disque de matière se forme autour de la jeune étoile pour transporter la matière vers le bas, comme un tourbillon autour d'un drain. Les champs magnétiques tourbillonnants dans le disque interne projettent une partie du matériau dans des jets jumeaux qui sont projetés vers l'extérieur dans des directions opposées, perpendiculairement au disque de matériau.

Dans l’image Webb, ces jets sont représentés par des stries lumineuses et grumeleuses qui apparaissent en rouge, qui sont des ondes de choc du jet frappant les gaz et la poussière environnants. Ici, la couleur rouge représente la présence d’hydrogène moléculaire et de monoxyde de carbone.

Culture du centre Serpens (Webb NIRCam)

Cette image montre le centre de la nébuleuse du Serpens vu par la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb de la NASA. Sur cette image, dans toute la région, des filaments et des mèches de différentes teintes représentent la lumière des étoiles réfléchie par des protoétoiles encore en formation dans le nuage. Dans certaines zones, il y a de la poussière devant ce reflet, qui apparaît ici avec une teinte orange et diffuse. Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

Techniques d'imagerie améliorées

« Cette zone de la nébuleuse du Serpens – Serpens Nord – n'est clairement visible qu'avec Webb », a déclaré l'auteur principal Joel Green du Space Telescope Science Institute de Baltimore. « Nous sommes désormais en mesure de capturer ces étoiles extrêmement jeunes et leurs émissions, dont certaines apparaissaient auparavant comme de simples taches ou étaient complètement invisibles dans les longueurs d'onde optiques en raison de l'épaisse poussière qui les entourait. »

Les astronomes affirment qu'il existe quelques forces susceptibles de modifier la direction des flux sortants au cours de cette période de la vie d'une jeune étoile. Une première solution est lorsque les étoiles binaires tournent les unes autour des autres et vacillent dans leur orientation, tordant la direction des flux sortants au fil du temps.

Serpens (boussole Webb NIRCam)

Cette image de la nébuleuse du Serpens, capturée par la caméra infrarouge proche de Webb (NIRCam), montre les flèches de la boussole, la barre d'échelle et la clé de couleur à titre de référence.
Les flèches nord et est de la boussole indiquent l'orientation de l'image sur le ciel. Notez que la relation entre le nord et l'est sur le ciel (vu de dessous) est inversée par rapport aux flèches de direction sur une carte du sol (vue de dessus).
La barre d'échelle est indiquée en années-lumière, qui correspond à la distance parcourue par la lumière en une année terrestre. Une année-lumière équivaut à environ 5,88 billions de milles ou 9,46 billions de kilomètres.
Cette image montre des longueurs d’onde invisibles du proche infrarouge qui ont été traduites en couleurs de lumière visible. La clé de couleur montre quels filtres NIRCam ont été utilisés lors de la collecte de la lumière. La couleur de chaque nom de filtre est la couleur de la lumière visible utilisée pour représenter la lumière infrarouge qui traverse ce filtre.
Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (NASA-JPL), Joel Green (STScI)

Étoiles de la nébuleuse du Serpens

La nébuleuse du Serpens, située à 1 300 années-lumière de la Terre, n'a qu'un ou deux millions d'années, ce qui est très jeune en termes cosmiques. Il abrite également un amas particulièrement dense d'étoiles en formation récente (âgées d'environ 100 000 ans), visible au centre de cette image. Certaines de ces étoiles finiront par atteindre la masse de notre Soleil.

« Webb est une jeune machine de recherche d'objets stellaire », a déclaré Green. « Dans ce domaine, nous relevons les panneaux indicateurs de chaque jeune étoile, jusqu'aux étoiles de masse la plus faible. »

« C'est un tableau très complet que nous voyons maintenant », a ajouté Pontoppidan.

Ainsi, dans toute la région de cette image, des filaments et des mèches de différentes teintes représentent la lumière des étoiles réfléchie par des protoétoiles encore en formation dans le nuage. Dans certaines zones, il y a de la poussière devant ce reflet, qui apparaît ici avec une teinte orange et diffuse.

Cette région a été le foyer d'autres découvertes fortuites, notamment l'ombre de chauve-souris battante, qui a gagné son nom lorsque les données de 2020 de la NASA Le télescope spatial Hubble a révélé que le disque formant planète d'une étoile battait ou se déplaçait. Cette fonctionnalité est visible au centre de l'image Webb.

Voie vers la recherche future

La nouvelle image et la découverte fortuite des objets alignés ne sont en réalité que la première étape de ce programme scientifique. L’équipe va maintenant utiliser le NIRSpec (spectrographe proche infrarouge) de Webb pour étudier la composition chimique du nuage.

Les astronomes souhaitent déterminer comment les produits chimiques volatils survivent à la formation des étoiles et des planètes. Les composés volatils sont des composés qui se subliment ou passent directement d'un solide à un gaz, à une température relativement basse, notamment l'eau et le monoxyde de carbone. Ils compareront ensuite leurs découvertes aux quantités trouvées dans les disques protoplanétaires d’étoiles de type similaire.

« À la base, nous sommes tous constitués de matière provenant de ces substances volatiles. La majorité de l’eau ici sur Terre provient de l’époque où le Soleil n’était qu’une protoétoile naissante, il y a des milliards d’années », a déclaré Pontoppidan. « L'examen de l'abondance de ces composés critiques dans les protoétoiles juste avant la formation de leurs disques protoplanétaires pourrait nous aider à comprendre à quel point les circonstances étaient uniques lors de la formation de notre propre système solaire. »

Ces observations ont été réalisées dans le cadre du programme General Observer 1611. Les premiers résultats de l'équipe ont été acceptés pour publication dans le Journal d'astrophysique.

Le télescope spatial James Webb (JWST) est un grand observatoire spatial, lancé en décembre 2021. Il est le successeur scientifique du télescope spatial Hubble. Équipé d'un miroir primaire de 6,5 mètres, JWST est spécialisé dans l'observation de l'univers dans le spectre infrarouge, lui permettant de remonter plus loin dans le temps que jamais. Cette capacité permet au télescope d'étudier la formation des premières galaxies, l'évolution des étoiles et des systèmes planétaires, ainsi que l'atmosphère des exoplanètes lointaines. Positionné au deuxième point de Lagrange (L2), à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, JWST est conçu pour offrir des résolutions et des sensibilités sans précédent, ouvrant ainsi de nouvelles fenêtres sur le cosmos.

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