Un flux bipolaire massif de gaz et de poussière révèle une superbe image capturée par le télescope spatial James Webb
Un énorme flux bipolaire de gaz et de poussière, formé à partir de la naissance tourmentée d’un système double d’étoiles, a créé un sablier cosmique – et le télescope spatial James Webb a immortalisé la scène dans les moindres détails. Cette émission nébuleuse, appelée Lynds 483 ou LBN 483, se trouve à environ 650 années-lumière de distance. Elle offre une occasion idéale au télescope spatial James Webb d’en apprendre davantage sur le processus de formation des étoiles. (Beverly Lynds était une astronome ayant catalogué les nébuleuses brillantes – BN – et les nébuleuses sombres – DN – dans les années 1960).
Comment la naissance des étoiles forme-t-elle une nébuleuse comme celle-ci ?
Les étoiles grandissent en accumulant de la matière provenant de leur environnement immédiat, à partir d’un nuage moléculaire de gaz gravitationnellement effondré. Paradoxalement, elles sont capables de rejeter une partie de cette matière sous forme de jets rapides et étroits ou d’écoulements plus larges mais plus lents. Ces jets et écoulements entrent en collision avec le gaz et la poussière environnants, créant des nébuleuses telles que LBN 483. Les jets sont formés par de la matière riche en molécules variées qui tombent sur de jeunes protostars. Dans le cas de LBN 483, il y a non pas une, mais deux protostars – l’étoile principale ayant un compagnon de masse inférieure qui n’a été découvert que récemment en 2022 par une équipe dirigée par Erin Cox de l’Université Northwestern, grâce à ALMA, le réseau millimétrique/submillimétrique de l’Atacama au Chili. Le fait qu’il y ait deux étoiles tapies au cœur de cette nébuleuse en forme de papillon est crucial, comme nous le verrons.
Le rôle des champs magnétiques et les détails observés par le James Webb Space Telescope
Nous ne pouvons pas voir ces deux protostars sur l’image du télescope James Webb en lumière infrarouge, car elles sont bien trop petites à l’échelle de cette image. Cependant, si nous pouvions zoomer directement sur le cœur de la nébuleuse, entre ses deux lobes ou ailes, nous trouverions les deux étoiles confortablement nichées au sein d’un nuage dense en forme de donut, composé de gaz et de poussière. Ce nuage est alimenté par le matériau provenant de la nébuleuse gazeuse en forme de papillon qui l’entoure. Les étoiles grandissent à partir du matériau qui s’accumule sur elles à partir de ce donut poussiéreux.
Les jets et les écoulements ne sont pas constants, mais se produisent par intermittence, en réponse à des périodes où les étoiles naissantes sont trop nourries et régurgitent une partie de leur matériau absorbé. Les champs magnétiques jouent un rôle crucial ici, en dirigeant ces écoulements de particules chargées.
Dans LBN 483, le télescope spatial James Webb observe l’endroit où ces jets et écoulements entrent en collision à la fois avec l’environnement nébuleux environnant et avec le matériau éjecté précédemment. Lorsque les écoulements entrent en collision avec la matière environnante, des formes complexes se créent. Les écoulements frais traversent la matière et réagissent à la densité du matériau qu’ils rencontrent.
Toute la scène est illuminée par la lumière des étoiles en pleine croissance, qui brille à travers les trous de leurs donuts poussiéreux. C’est pourquoi nous voyons les lobes lumineux en forme de V et les zones sombres entre eux, où la lumière est bloquée par le tore.
Le télescope James Webb a identifié des détails complexes dans les lobes de LBN 483, notamment les spirales et les plis mentionnés précédemment. L’arc orange vif représente une onde de choc créée par la collision actuelle d’un écoulement avec la matière environnante. Nous pouvons également observer ce qui ressemblent à des piliers, de couleur violette claire ici (tout cela est en fausse couleur, représentant différentes longueurs d’onde infrarouge), pointant loin des deux étoiles. Ces piliers sont des amas plus denses de gaz et de poussière que les écoulements n’ont pas encore réussi à éroder, tout comme les buttes imposantes dans l’ouest des États-Unis qui sont restées intactes face à l’érosion du vent et de la pluie.
Les découvertes de ALMA et les mystères de cette nébuleuse
Les observations d’ALMA ont détecté des ondes radio polarisées provenant de la poussière froide au cœur de la nébuleuse – une poussière trop froide pour être détectée même par le télescope James Webb. La polarisation de ces ondes radio est causée par l’orientation du champ magnétique qui imprègne le sanctuaire intérieur de LBN 483. Ce champ magnétique est parallèle aux écoulements qui forment LBN 483, mais perpendiculaire à l’écoulement du matériau tombant sur les deux étoiles.
N’oublions pas que c’est le champ magnétique qui guide finalement les écoulements, donc sa façon de fonctionner est importante pour façonner la nébuleuse. La polarisation de la poussière révèle que, à environ 93 milliards de miles (150 milliards de kilomètres / 1000 unités astronomiques) des étoiles (similaire à la distance de Voyager 1 par rapport à notre soleil), le champ magnétique présente une torsion distincte de 45 degrés dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Ceci peut avoir une incidence sur la façon dont les écoulements façonnent LBN 483.
Cette torsion est le résultat des mouvements des étoiles en croissance. Actuellement, les deux protostars sont séparées de 34 unités astronomiques (3,2 milliards de miles / 5,1 milliards de kilomètres), soit un peu plus loin que Neptune ne l’est de notre soleil. Cependant, l’hypothèse principale suggère que les deux étoiles sont nées plus loin l’une de l’autre, puis que l’une d’elles s’est rapprochée de l’autre. Cela aurait probablement modifié la distribution du moment angulaire (le moment des corps en orbite) dans le jeune système. Comme l’énergie, le moment angulaire doit être conservé, donc le moment angulaire excédentaire aurait été transféré au champ magnétique transporté par les écoulements, de la même manière que le champ magnétique du soleil est transporté par le vent solaire, provoquant ainsi une torsion du champ magnétique.
L’étude de LBN 483 et de la formation des étoiles
Étudier des systèmes jeunes comme celui qui alimente LBN 483 est essentiel pour en savoir plus sur la façon dont les étoiles se forment, à partir d’un immense nuage de gaz moléculaire qui se déstabilise, subit un effondrement gravitationnel et se fragmente en grumeaux, dont chacun est le berceau d’un nouveau système stellaire. LBN 483 est particulièrement intéressante car elle ne semble pas faire partie d’une région de formation d’étoiles plus vaste comme la nébuleuse d’Orion. En tant que spot isolé de naissance d’étoiles, il peut donc fonctionner selon des règles légèrement différentes de celles des vastes nurseries stellaires. En étudiant la forme de LBN 483 et la manière dont cette forme résulte des écoulements émanant des protostars, et en intégrant ces détails dans des simulations numériques de formation d’étoiles pour reproduire ce que le JWST observe, les astronomes peuvent affiner leurs modèles de formation d’étoiles et mieux comprendre non seulement la naissance de toutes les étoiles du ciel nocturne, mais aussi les événements qui ont conduit à la naissance de notre propre soleil, il y a 4,6 milliards d’années.
Qui sait, peut-être que il y a 4,6 milliards d’années, des astronomes extraterrestres observaient la formation de notre propre soleil. Et dans 4,6 milliards d’années, les habitants du système binaire qui se cache actuellement soigneusement à l’intérieur de LBN 483 pourraient faire la même chose, tout en observant également la mort prolongée de notre soleil. Ces astronomes seraient séparés par des milliards d’années, mais réunis par l’immense longévité des étoiles qui les entourent.
