Pour la première fois, un phénomène dont les astronomes espéraient depuis longtemps obtenir une image directe a été capturé par la caméra dans le proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb de la NASA. Sur cette superbe image de la nébuleuse Serpens, la découverte se situe dans la zone nord (en haut à gauche) de cette jeune région de formation d’étoiles.
Les astronomes ont découvert un groupe fascinant d’écoulements protostellaires, formés lorsque des jets de gaz provenant d’étoiles naissantes entrent en collision avec du gaz et de la poussière à grande vitesse. En règle générale, 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 le grésil qui tombe pendant une tempête.
La découverte de ces objets alignés, rendue possible grâce à la résolution spatiale exquise de Webb et à sa sensibilité dans les longueurs d’onde de l’infrarouge proche, 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 ont tendance à tourner dans la même direction », a déclaré Klaus Pontoppidan, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. « Toutefois, ce phénomène n’avait jamais été observé aussi directement auparavant. Ces structures allongées et alignées constituent un témoignage historique de la manière fondamentale dont les étoiles naissent ».
Comment l’alignement des jets stellaires est-il lié à la rotation de l’étoile ? Lorsqu’un nuage de gaz interstellaire s’écrase sur lui-même pour former une étoile, sa rotation s’accélère.Le seul moyen pour le gaz de continuer à se déplacer vers l’intérieur est de perdre une partie de sa rotation (appelée moment angulaire). Un disque de matière se forme autour de la jeune étoile pour transporter la matière vers le bas, comme un tourbillon autour d’un égout. Les champs magnétiques tourbillonnants du disque interne lancent une partie de la matière dans des jets jumeaux qui jaillissent dans des directions opposées, perpendiculairement au disque de matière.
Sur l’image de Webb, ces jets sont représentés par des traînées brillantes de couleur rouge, qui sont des ondes de choc du jet frappant le gaz et la poussière environnants. Ici, la couleur rouge représente la présence d’hydrogène moléculaire et de monoxyde de carbone.
« Cette zone de la nébuleuse Serpens - Serpens Nord - n’est clairement visible qu’avec Webb », a déclaré l’auteur principal Joel Green du Space Telescope Science Institute à Baltimore. "Nous sommes désormais en mesure d’observer ces étoiles extrêmement jeunes et leurs écoulements, dont certains n’apparaissaient auparavant que comme des taches ou étaient complètement invisibles dans les longueurs d’onde optiques en raison de l’épaisse poussière qui les entoure.
Selon les astronomes, quelques forces peuvent potentiellement modifier la direction des écoulements pendant cette période de la vie d’une jeune étoile. C’est notamment le cas lorsque des étoiles binaires tournent l’une autour de l’autre et oscillent dans leur orientation, ce qui modifie la direction des écoulements au fil du temps.
Les étoiles 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. Elle abrite également un amas particulièrement dense d’étoiles nouvellement formées (âgées d’environ 100 000 ans), que l’on voit 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 stellaires », a déclaré M. Green. « Dans ce champ, nous détectons les signes de chaque jeune étoile, jusqu’aux étoiles de plus faible masse. »C’est une image très complète que nous voyons aujourd’hui", a ajouté M. Pontoppidan.
Ainsi, dans toute la région représentée sur cette image, des filaments et des mèches de différentes teintes représentent la lumière réfléchie par les protoétoiles encore en formation dans le nuage. Dans certaines zones, la poussière se trouve devant ce reflet, qui apparaît ici dans une teinte orange et diffuse.
Cette région a été le théâtre d’autres découvertes fortuites, notamment l’« ombre de la chauve-souris », qui a été baptisée ainsi lorsque les données de 2020 du télescope spatial Hubble de la NASA ont révélé que le disque en formation d’une étoile battait, ou se déplaçait. Cette caractéristique est visible au centre de l’image de Webb.
Vidéo : Visite de la nébuleuse Serpens
Études futures
La nouvelle image et la découverte fortuite des objets alignés ne constituent en fait que la première étape de ce programme scientifique. L’équipe va maintenant utiliser le spectrographe NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb pour étudier la composition chimique du nuage.
Les astronomes souhaitent déterminer comment les substances chimiques volatiles survivent à la formation des étoiles et des planètes. Les substances volatiles sont des composés qui se subliment, c’est-à-dire qui passent directement d’un état solide à un état gazeux, à une température relativement basse, comme l’eau et le monoxyde de carbone. Les chercheurs compareront ensuite leurs résultats aux quantités trouvées dans les disques protoplanétaires d’étoiles de même type.
« Au niveau le plus élémentaire, nous sommes tous constitués de matière issue de ces volatiles. La majorité de l’eau présente sur Terre provient de l’époque où le Soleil était une protoétoile naissante, il y a des milliards d’années », a déclaré M. Pontoppidan. « L’étude de l’abondance de ces composés critiques dans les protoétoiles juste avant la formation de leur disque protoplanétaire pourrait nous aider à comprendre à quel point les circonstances étaient uniques lorsque notre propre système solaire s’est formé. »
Ces observations ont été réalisées dans le cadre du programme General Observer 1611. Les premiers résultats de l’équipe ont été acceptés dans l’Astrophysical Journal.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire de sciences spatiales au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà vers des mondes lointains autour d’autres étoiles, et sonde les structures mystérieuses et les origines de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international dirigé par la NASA et ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’ASC (Agence spatiale canadienne).
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