D’étranges anneaux autour d’une étoile

par Sylvain Bouley | Jan 15, 2023 | Actualités

En août 2022, une image du James Webb Space Telescope (JWST) a créé la stupéfaction chez les astronomes : 17 anneaux concentriques entouraient un couple d’étoiles appelé Wolf-Rayet 140. Était-ce une illusion d’optique ou une structure réelle étrange ? La réponse a été donnée grâce à l’analyse détaillée par le télescope JWST de ce couple qui avait été observé depuis une vingtaine d’années.

Quand le vent intense d’une étoile Wolf-Rayet (WR) enrichie en carbone (WC), liée dans un couple à une étoile O ou B, interagit avec le vent moins fort de l’étoile compagne, il se produit un choc à la suite duquel sont formés des grains de poussière. Ceux-ci se propagent ensuite dans l’environnement du couple stellaire. Les premiers grains de poussière carbonée seraient ainsi produits dans les vents de couples d’étoiles évoluées dont l’une des composantes est une WC. Il semble que les WC régulent la position des poussières au cours du mouvement orbital du système.

1. Image en fausses couleurs de WR 140 obtenue avec les filtres de l’instrument MIRI du JWST, F770W, F1500W et F2100W, correspondant respectivement au bleu, au vert et au rouge. Huit pics de diffraction symétriques sont observés autour du cœur saturé de WR 140 et présentent des couleurs plus bleues que l’émission de poussière. (Ryan M. Lau et al., Nature Astronomy, 12 oct. 2022)

En fait, le couple WR 140 représente un laboratoire astrophysique idéal pour étudier cette question (fig. 1 et 2). L’étoile de type WC7 orbite autour d’une étoile O5 en 7,93 ans. Elle produit périodiquement de la poussière pendant quelques mois lorsque son vent est suffisamment comprimé lors de son passage au périastre de l’étoile O. Une émission infrarouge sous forme de deux anneaux de poussière avait déjà été observée au moyen de télescopes au sol à environ 5 000 unités astronomiques du centre du couple stellaire. Cependant, les autres anneaux n’avaient pu être détectés. Il était d’ailleurs nécessaire de s’assurer que ces deux anneaux étaient composés de carbone, ce qui était impossible aussi bien avec les télescopes au sol qu’avec le télescope spatial Hubble.

2. Cette vue d’artiste montre la taille relative du Soleil, en haut et à gauche, comparée à celles des deux étoiles du système Wolf- Rayet 140. L’étoile O a environ trente fois la masse du Soleil, et le compagnon environ dix fois cette masse. (Nasa/JPL-Caltech)

Une équipe internationale conduite par un astronome américain de l’université de Tucson vient de publier un article montrant que les 17 anneaux sont dus à l’interaction des deux étoiles du couple au cours des 130 dernières années [2]. Le JWST révèle en effet des bandes infrarouges à 6,4 et 7,7 microns, qui indiquent la présence de molécules composées d’hydrogène et de carbone observées auparavant autour d’autres étoiles WC mais c’est la première fois que des images confirment l’association de ces caractéristiques spectrales avec la présence de poussière (fig. 3).

3. Spectre obtenu par le JWST (et corrigé pour l’extinction atmosphérique) montrant les caractéristiques spectrales du carbone neutre dans l’anneau 2 (ligne rouge) par comparaison à un modèle en noir. La « raie » en absorption à 12 microns est un artefact instrumental, tandis que l’émission à 10,5 microns est probablement due au silicium. (Ryan M. Lau et al., Nature Astronomy, 12 oct. 2022)

Encore une découverte du JWST, qui nous réserve décidément bien des surprises !

par Suzy Collin-Zahn – Observatoire de Paris, PSL

Article publié dans l’Astronomie n°166, décembre 2022

Notes:

1. Les étoiles Wolf-Rayet sont des étoiles chaudes de plusieurs dizaines de masses solaires issues d’étoiles O et B. Durant une phase brève (de l’ordre du million d’années), elles expulsent de la matière sous forme de vents stellaires violents laissant leur noyau à nu, avant d’exploser en supernova. Celles qui sont enrichies en carbone sont appelées WC, et sont classées en WC suivi d’un numéro, comme WC7 dans le cas présent.
2. Ryan M. Lau et al., « Concentric rings in space: nested dust shells around the Wolf–Rayet binary WR 140 observed with JWST », Nature Astronomy, 12 oct. 2022.