Nouvelle vision de la Tarentule
Il était une fois dans l’espace-temps, une histoire de création cosmique: des milliers de jeunes étoiles jamais vues repérées dans une pépinière stellaire appelée 30 Doradus, capturées récemment par le JWST. Surnommée la nébuleuse de la Tarentule en raison de l’apparition de ses filaments poussiéreux sur les précédentes images du télescope, la nébuleuse est depuis longtemps un favori des astronomes qui étudient la formation des étoiles. En plus des jeunes étoiles, le JWST a révélé des galaxies lointaines, ainsi que la structure détaillée et la composition du gaz et de la poussière de la nébuleuse.
Le cycle de formation des étoiles est parfaitement illustré lorsque l’on observe cette nébuleuse voisine. La nébuleuse de la Tarentule (également connue sous le nom de 30 Doradus, ou NGC 2070 ou Caldwell 103), est une région que les astronomes qualifient de HII, ce qui veut dire qu’il y règne une forte dominante de l’hydrogène ionisé. Elle se situe dans le Grand Nuage de Magellan. Initialement, on pensait qu’il s’agissait d’une étoile (d’où la dénomination désuète de 30 Doradus dans la classification de Flamsteed), mais en 1751 le français Nicolas-Louis de Lacaille a pu identifier sa nature nébuleuse. Elle est distante de 161 000 années-lumière de la Terre. Le taux de naissance d’étoiles y est plus élevé qu’en n’importe quelle région de notre Galaxie, ce qui vient d’être confirmé par les observations du JWST. La nébuleuse de la Tarentule est la plus grosse nébuleuse connue. L’instrument MIRI du JWST a capturé des protoétoiles nichées dans des nuages de gaz et de poussière, tout en accumulant de la masse. La nébuleuse d’une magnitude apparente totale voisine de 5, est aisément visible à l’œil nu (hors de la pollution lumineuse des villes) comme une condensation petite et brillante en périphérie immédiate du Grand Nuage de Magellan. Si elle apparaît légèrement moins brillante et moins étendue que la célèbre nébuleuse d’Orion, les distances respectives de ces deux régions HII par rapport à un observateur terrestre sont sans commune mesure. En effet, la nébuleuse d’Orion est environ 100 fois plus proche — 1 600 années-lumière. Intrinsèquement, la Tarentule est donc considérablement plus vaste, lumineuse et massive. Abstraction faite de l’absorption interstellaire, si elle se trouvait aussi proche de nous que la nébuleuse d’Orion, alors elle nous apparaîtrait deux fois plus étendue que le chariot de la Grande Ourse pour une luminosité perçue totale équivalente à celle de Vénus à son maximum (gain de dix magnitudes environ). Il s’agit en réalité de la région HII connue la plus active du Groupe local, et aussi l’une des plus étendues avec NGC 604, dans la galaxie du Triangle.
En son centre, un ensemble extrêmement compact d’étoiles chaudes produit la majeure partie du rayonnement ultraviolet qui ionise le gaz environnant et rend la nébuleuse visible. L’amas d’étoiles correspondant porte la dénomination R136a, mais il existe également d’autres amas dispersés comme Hodge 301. La lueur rougeâtre de la nébuleuse de la Tarentule est due à ce que les astronomes appellent l’excitation de l’hydrogène. Le gaz est excité par les puissants rayonnements lumineux émanant d’étoiles géantes. Celles-ci brûlent leur combustible nucléaire avec une telle intensité qu’elles l’épuisent en seulement en quelques millions d’années (le même processus prend des milliards d’années chez des étoiles plus modestes, comme le Soleil). Puis elles explosent en supernovas. Une géante bleue de la nébuleuse de la Tarentule qui s’est transformée en supernova a capté l’attention des astronomes du monde entier, le 23 février 1987 (La supernova la plus proche à avoir été observée depuis l’invention du télescope, SN 1987A, s’est produite non loin de la nébuleuse de la Tarentule). Et, depuis, de nombreux scientifiques continuent à observer ses rémanents.
Le JWSt a observé cette nébuleuse. Les observations en infrarouge moyen avec l’instrument MIRI (conçu et développé en France sous l’égide du CEA et du CNES), nous offrent de nombreuses découvertes. Pour la première fois, plusieurs mille jeunes étoiles, voire dix mille, ont été observées dans une région de cette nébuleuse, toujours cachées par les poussières en lumière visible. Encore s’aperçoit-on des étoiles en rouge aussi, qui viennent de naître récemment.
L’énergie de ces jeunes étoiles est si forte que l’effet de vent stellaire forme une espace qui contient moins de gaz et de poussières. Les filaments compliqués, symbole d’une Tarentule, ont été formés par ce vent stellaire.
En observant à différentes longueurs d’onde avec MIRI, le JWST a réussi à identifier les composants de gaz et de poussières. Contrairement à ce que les chercheurs imaginaient, une étoile dans l’incubateur n’est pas directement obscurcie par le nuage d’atome d’hydrogène (détecté à 1,87 microns dans l’infrarouge proche avec NIRSpec). Elle est située en dehors de la bulle d’hydrogène. Or, l’étoile sur le point de naitre est recouverte par un nuage d’hydrogène moléculaire (observé avec NIRSpec à 2,12 microns), et plus étonnamment, de poussières d’hydrocarbure (détéctées à 3,30 microns). L’interprétation des scientifiques est que l’hydrogène est éloigné de par la force de la lumière produite par des jeunes étoiles. La formation des étoiles dans la nébuleuse de la Tarentule serait donc assez différente de celle qui opère dans d’autres galaxies, y compris la Voie lactée. C’est pourquoi les chercheurs s’intéressent fortement à cette nébuleuse. Sans doute la composition chimique de celle-ci serait-elle similaire à celle de l’univers, lorsque ce dernier n’avait que quelques milliards d’années seulement.
Dans cette mosaïque s’étendant sur 340 années-lumière, la caméra infrarouge proche du JWST, NIRCam, montre la région de formation stellaire de la nébuleuse de la Tarentule sous une nouvelle lumière, y compris des dizaines de milliers de jeunes étoiles jamais vues qui étaient auparavant enveloppées de poussière cosmique. Source : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team.
Vue avec la caméra NIRCam, la région ressemble à une tarentule terrière, bordée de soie. La cavité de la nébuleuse centrée sur l’image a été creusée par le rayonnement d’un amas de jeunes étoiles massives, qui scintillent de bleu pâle sur l’image. Seules les zones environnantes les plus denses de la nébuleuse résistent à l’érosion par les puissants vents stellaires de ces étoiles, formant des piliers qui semblent pointer vers l’amas. Ces piliers contiennent des protoétoiles en formation, qui finiront par émerger de leurs cocons poussiéreux et façonneront à leur tour la nébuleuse.
C’est exactement ce que fait une très jeune étoile que l’on distingue clairement sur les images prises par NIRCam. Les observations effectuées avec le spectrographe NIRSpec montrent que cette étoile est sans doute plus vieille que ce que les astronomes pensaient auparavant et qu’elle était déjà en train d’éliminer une bulle autour d’elle. Cependant, NIRSpec a montré que l’étoile commençait à peine à émerger de son pilier et maintenait toujours un nuage de poussière isolant autour d’elle. Sans les spectres à haute résolution du JWST cet épisode de formation stellaire en action n’aurait pas pu être révélé.
Aux longueurs d’onde les plus longues captées par MIRI qui observe dans l’infrarouge thermique, les observations du JWST se sont concentrées sur la zone entourant l’amas d’étoiles centrales et ont dévoilé une vision très différente de la nébuleuse de la Tarentule (Source : NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team).
La région prend une apparence différente lorsqu’elle est vue dans les longueurs d’onde infrarouges plus longues détectées par MIRI. Les étoiles chaudes s’estompent, le gaz plus frais et la poussière brillent. Dans les nuages de la pépinière stellaire, les points de lumière indiquent des protoétoiles incrustées, qui gagnent encore en masse. Alors que des longueurs d’onde plus courtes de la lumière sont absorbées ou dispersées par des grains de poussière dans la nébuleuse, et donc n’atteignent jamais le JWST pour être détectées. A des longueurs d’onde plus longues (dans l’infrarouge thermique que nous offre MIRI) il est possible de pénètrer cette poussière, ce qui nous révéle finalement un environnement cosmique inédit.
https://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9buleuse_de_la_Tarentule#Caract%C3%A9ristiques_trouv%C3%A9es_par_James-Webb%5B8%5D
Ils ne se sont pas trop fatigués…
Pardon, je vous présente toutes mes excuses s’il y a quelque chose qui m’échappe, mais je ne comprends absolument pas ce que vous voulez dire. Mais je peux vous dire que toutes les équipes qui travaillent de près (Baltimore) ou de loin (les instituts qui oeuvrent sur les données) travaillent 24h/24. Je trouve votre remarque très déplacée. A moins que je n’ai pas compris ce que vous vouliez dire, ou que tout simplement vous avez dit n’importe quoi en pensant à n’importe quoi. Je vous serais gré de m’expliquer ce que vous vouliez dire. Merci!
Bonjour. Une première question simple. Je ne suis pas sûr de bien voir la tarentule. Ce que je vois : un peu à droite du centre, la zone ovale pleine d’étoiles bleues pour l’abdomen, les 2 zones foncées de part et d’autre de cette zone pour des pattes dirigées l’arrière, et les 2 “parenthèses” sombres également en dessous de la zone ovale pour des pattes dirigées vers l’avant. La tarentule serait ainsi “la tête en bas”. C’est bien ça ?
Oui, Yann. Vous avez parfaitement compris la situation géométrique. Maintenant, vous dire si la Tarentule est vue “la tête en bas”, il m’est difficile de vous répondre. il faudrait un petit calcul d’astrométrie pour préciser où est le Nord et l’EST sur cette photo. Je vous rappelle que la Tarentule est à une déclinaison de plus de 69° sud, donc observable seulement depuis l’hémisphère Sud. Après 30 ans passés au Chili, je suis toujours surpris de voir par exemple la constellation d’Orion la tête en bas alors que je l’observais régulièrement dans l’autre sens depuis l’observatoire de l’ESO (La Silla). Donc, tête en bas ou tête en l’air, tout cela n’a pas grande importance: tout dépend de l’endroit où l’on l’observe!
Merci pour votre réponse. Pour ce qui est de “la tête en bas”, je ne parlais que de la position sur l’image.
J’ai également un souvenir similaire à votre témoignage sur Orion. Celui d’avoir vu la lune “la tête en bas” lors d’un séjour en Australie. Mon regret à cette occasion étant de ne pas avoir réussi à repérer les nuages de Magellan (donc la maison de la tarentule, on y revient 😉 ).
Autre question. Le schéma de formation d’étoile observé ici est décrit comme atypique. En quoi est-il atypique et pouvez-vous décrire en quelques mots (si c’est possible) le schéma classique.
Bonjour Yann,
Je suis navré de ne pas pourvoir vous répondre d’une manière originale. Je serais obligé de répéter ce qu’il est dit dans l’article de Wikepedia, bien à jour parce qu’il parle des observations du JWST, parfaitement bien expliquées et circonstanciées.
https://fr.wikipedia.org/wiki/N%C3%A9buleuse_de_la_Tarentule
Il serait ridicule et prétentieux de ma part de reprendre part de cet article (pour une fois que Wikipedia ne dit de bêtise!).
Atypique? Oui, parce que à mon sens l’énergie de ces jeunes étoiles est si forte que l’effet de vent stellaire forme une espace qui contient moins de gaz et de poussières. Les filaments compliqués, symbole de la Tarentule, furent formés par ce vent stellaire.
Contrairement à ce que les chercheurs imaginaient, une étoile dans l’incubateur n’est pas directement couverte d’un nuage d’atome d’hydrogène. Elle est située en dehors de la bulle (d’hydrogène). Or, l’étoile née est couverte d’un nuage d’hydrogène moléculaire, et plus étonnamment, de poussières d’hydrocarbure. L’interprétation des scientifiques est que le gaz d’hydrogène est éloigné par la force de la lumière des jeunes étoiles.
La formation des étoiles dans la nébuleuse de la Tarentule serait donc assez différente de celle d’autres galaxies, y compris la Voie lactée. Sans doute la composition chimique de celle-ci serait-elle similaire à celle de l’univers, lorsque ce dernier n’avait que quelques milliards d’années seulement. C’est en ce sens qu’elle me semble “atypique”, mais vous comprendrez qu’il m’est difficile de m’étendre trop longuement sur le site. Cependant, vos questions sont toujours extrêmement pertinentes, et je vous en remercie.;
Très Cordialement, avec un grand merci pour votre assiduité sur notre site,
Patrice
De Wikipedia et de votre commentaire je comprends que les astrophysiciens s’étonnent de ce que ces jeunes étoiles aient été capables de chasser l’hydrogène atomique, mais pas l’hydrogène moléculaire ni les hydrocarbures (sur lesquels vous revenez dans la réponse à Françoise ci-dessous ).
Votre réponse me va très bien, aussi bien sur la forme (renvoi vers d’autres articles) que sur le fond. Merci bien.
C’est moi, Yann, qui vous remercie. Je constate que vous avez tout à fait compris la situation.
Enfin, on dit que ce scénario pourrait être représentatif de ce qui ce passe à l’origine de l’univers. La tarentule étant relativement proche, qu’est-ce qui permet de dire qu’on est en présence d’un scénario du type de l’origine de l’univers ?
J’espère que mes questions sont compréhensibles. Merci d’avance de vos réponses.
Je pense avoir trouvé la réponse à ma question dans un autre article. Ce serait la composition chimique de la nébuleuse. Est-ce bien ça ?
Ce qui amène une autre question : comment / pourquoi une nébuleuse d’une composition chimique proche de ce qu’on pense être celle de l’origine de l’univers peut-elle se retrouver dans le voisinage de notre galaxie ?
bonjour !
j’ai adoré cette histoire …..”il était une fois…..” J’en redemande !
et, je me dis, en même temps, que vous devez être à la fois scotchés et enthousiasmés chaque fois que vous “apercevez” quelque chose …..qui n’est pas ce à quoi vous vous attendiez. C’est l’aventure tous les jours !
question: quand vous parlez de poussières “d’hydrocarbures”, vous pensez à quels hydrocarbures? méthane? ou/et autres hydrocarbures plus “lourds”….. lesquels?
.
A propos de la question de Yann, je pense que la notion de “voisinage”………est toute relative dans notre Univers; d’abord: voisinage dans l’a distance ????? dans le temps ??? dans l’espace-temps ??? et même dans la température ????? je pense que la composition chimique observée – nature même des constituants – est un élément -clé, …..non ?
Chère Françoise,
Oui, c’est l’aventure tous les matins, et toute la journée jusqu’au soir (et la nuit!). Les hydrocarbures dont je parlais sont ce que les astrophysiciens “romantiques” nomment de PAH (hydrocarbures polycycliques aromatiques, en Anglais).
Je vais essayer de faire court, mais ce n’est pas facile puisque ce domaine est en pleine recherche (“ce qui se conçoit bien s’explique clairement” disait Pascal, et ce n’est pas vraiment le cas des PAH). Ces molécules sont mises en évidence dans les milieux astrophysiques par des bandes caractéristiques dans l’infrarouge, bandes qui sont émises suite à l’excitation de ces molécules par les photons ultraviolets émis par les étoiles massives. Cette interaction avec le rayonnement influe sur la charge et la stabilité de ces PAH ainsi que sur les mécanismes de dissociation mis en jeu. Ceci affecte, en retour, l’énergétique et la chimie du gaz interstellaire. En particulier, les PAH pourraient contribuer à la formation de la molécule la plus abondante, H2, dans les régions de photodissociation (PDR). Les PAH sont des molécules fascinantes : chacune de ces molécules contient typiquement de 20 à 100 atomes de carbone, et l’on pense qu’ensemble elles recèlent de 10 à 20 p. 100 du carbone cosmique. Pourtant, aucune n’a jamais été spécifiquement identifiée. C’est pour expliquer la présence de bandes caractéristiques dans le spectre infrarouge de nombreuses nébuleuses que les astronomes ont en effet imaginé dans les années 1980 l’existence de molécules géantes, planes, constituées de nombreux cycles benzéniques accolés (vous devriez trouver facilement des figures illustratives sur la toile). La réalité de ces espèces d’un genre nouveau est quasi assurée aujourd’hui. Cependant, les astronomes n’ont pas encore réussi à identifier une molécule en particulier, car les bandes observées, si elles sont bien typiques de composés organiques, sont peu spécifiques. Grâce au satellite ISO, une chose est sûre en tout cas : ces hydrocarbures géants sont présents partout dans l’Univers. Inévitablement, ils ont un lien avec les chaînes carbonées et les petits cycles carbonés.
J’espère que ces réflexions répondront à vos attentes. Sinon, je serais ravi de vous orienter vers des spécialistes qui sauront beaucoup mieux que moi vous renseigner (je pense aux scientifiques de l’IAS avec lesquels je pourrais vous mettre en contact).
Quant à la question de Yann, qui ne manque pas d’intérêt, la question de voisinage je pense est plus liée à la distance. La température ne joue aucun rôle dans ce cas (il serait trop long de vous expliquer pourquoi mais nous pourrions revenir sur la question). L’élément clé, comme vous le dites fort justement et comme le souligne Yann est la composition chimique observée.
Bien Cordialement,
patrice
Bonsoir Françoise et Patrice. C’est vrai qu’en astronomie les notions de distance et de temps se mélangent. Observer loin en distance étant forcément synonyme d’observer loin dans le temps du fait de la vitesse finie de la lumière. L’unité de distance “année lumière” est de ce point de vue je trouve particulièrement parlante.
Donc ma question de “voisinage” touche finalement les 2 à la fois. La tarentule étant distante de 160.000 années lumières est donc relativement “jeune” par rapport à l’origine de l’univers. Mon étonnement porte donc sur le fait qu’on puisse penser trouver une composition chimique similaire vers l’origine de l’univers (disons à l’époque de la première génération d’étoiles) et dans l’environnement de la tarentule qui est “presque” contemporaine (160.000 a.l. face à 13 ou 14 milliards d’a.l. ).
Et je m’interroge d’autant plus après la présentation des PAH que vient de donner Patrice. Il me semble que ceux ci ne peuvent exister qu’après que de nombreuses générations d’étoiles aient enrichi la composition chimique de leur environnement.
Ou bien suis-je complètement à côté de la plaque ?
En tout cas cette discussion est passionnante.
Bonjour Yann,
Merci pour votre question qui mérite réponse, car effectivement il peut paraître surprenant de relier les poussières de la Tarentule avec celles présente très proche de l’origine de l’univers.
Les efforts faits récemment dans le but de mesurer les fluctuations du fonds diffus cosmologique ont motivé une étude détaillée des émissions Galactiques dans le domaine micro-onde. Un excès d’émission inattendu a été découvert entre 10 et 90 GHz et ne peut être expliqué par aucun des mécanismes d’émission déjà connu dans ce domaine de fréquences. Cet excès, baptisé « émission anormale », s’est révélé être corrélé à l’émission IR des grains interstellaires.
La première étape de ces recherches a été l’extraction de l’émission anormale des données WMAP (conduite en particulier par Nathalie Ysard, de l’Institut d’Astrophysique Spatiale). L’existence d’une composante anormale forte, non polarisée, à 23 GHz a été mise en évidence. Il a pu être établi que l’émission anormale est bien corrélée avec l’émission des poussières et que cette corrélation est meilleure à 12 µm (caractéristique des PAHs) qu’à 100 µm (caractéristique de grains plus gros). Les caractéristiques des grains déduites de l’émission anormale sont par ailleurs en accord avec celles déduites de l’émission IR.
Qui dit WMAP dit fond diffus cosmologique, donc univers primordial. En fait, comme vous pouvez le constater, la question revient à savoir comment se sont condensées les premières poussières : puisque les étoiles vieilles (AGB) qui étaient sensées fabriquer ces poussières n’auraient pas eu le temps de le faire dans le début de l’univers (qui était déjà enrichi de poussières, nous l’avons observé), il reste la solution des premières supernovae aux premiers âges. Cette problématique est un des thèmes les plus importants de l’astrophysique actuelle.
J’espère que ces considérations vous seront d’une petite aide!
Bien à vous,
Patrice
finalement je me demande si on ne pourrait pas dire que les PAH (hydrocarbures polycycliques aromatiques) ne sont que la “suie” (les: footballène, rugbylène – mot que j’ai inventé, mais la structure existe bel et bien – et autres graphènes). donc la “suie” de la création de l’Univers qui n’a pas encore eu le temps de ramoner sa cheminée via les accrétions….. simple vue de l’esprit ???? (il est vrai qu”il se faisait tard…..)
Merci Patrice. J’ai de quoi réfléchir, … en espérant ne pas mordre la poussière 😉
Je rajoute ici un petit commentaire sur le dernier message de Françoise qui n’a pas de pointeur “Répondre” :
Dieu ne joue pas aux dés disait Einstein, mais peut-être qu’il jouait au football !
C’est extrêmement bien vu, avec une vision originale (qui, vous m’y autorisez, je reprendrais à l’avenir!). Je vous félicite, chère Françoise, pour m’ouvrir des horizons nouveaux, moi qui travaille depuis des lustres sur les poussières primordiales ! J’apprécie aussi l’humour de Yann au sujet du foutballe!…
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