Les nébuleuses planétaires se distinguent par leurs couleurs vives et leurs formes variées. Pourquoi certaines adoptent une forme discoïdale, d'autres spiralée ou bipolaire ? Cette énigme vient d'être élucidée grâce à des observations révolutionnaires.
Image : Vents stellaires autour d'étoiles froides et âgées. Ce collage révèle une diversité de formes – disques, cônes, spirales. La matière bleue s'approche de nous, la rouge s'en éloigne. (L. Decin, ESO/ALMA)
À l'instar du Soleil, les étoiles de masse moyenne terminent leur vie en naines blanches, des astres compacts de la taille de la Terre émettant un faible rayonnement thermique. Avant cela, elles se gonflent en géantes rouges. Pour évoluer vers la naine blanche, elles éjectent des vents stellaires massifs composés de particules.
Tant que l'étoile centrale irradie suffisamment, la matière éjectée s'illumine, formant une nébuleuse planétaire. Ce nom, donné au XVIIIe siècle par William Herschel, évoque la ressemblance avec les planètes vues à travers les télescopes de l'époque.
Les télescopes modernes révèlent une palette impressionnante de couleurs et de morphologies. Les teintes s'expliquent par l'ionisation des gaz par la lumière stellaire, qui émettent selon leur composition chimique.
Les formes, en revanche, posaient problème : une étoile sphérique devrait produire des vents isotropes, donc des nébuleuses sphériques. Or, rien n'est moins vrai.
« Nous avons observé que ces vents stellaires étaient loin d'être symétriques ou ronds. Certains formaient des disques, d'autres des spirales, et un troisième groupe présentait des cônes. » Leen Decin, KU Leuven
Une équipe internationale, menée par l'astronome Leen Decin (KU Leuven), a lancé une campagne d'observation intensive avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, le plus puissant radiotélescope mondial. Ils ont scruté les vents de 14 étoiles en phase pré-nébulaire, obtenant la plus vaste collection d'observations détaillées à ce jour.
Ces données réfutent l'hypothèse des vents sphériques. L'étude, publiée dans Science le 18 septembre, démontre que les formes des nébuleuses planétaires héritent directement de ces vents asymétriques.
Mais pourquoi ces asymétries ? Les chercheurs invoquent la présence d'un compagnon stellaire ou planétaire, trop faible pour être détecté directement. Comme une cuillère remuant du café au lait crée une spirale, ce compagnon déforme le vent en orbitant autour de l'étoile.
« Tout comme vous créez une spirale dans une tasse de café au lait avec votre cuillère, le compagnon aspire la matière en tournant autour de l'étoile. » Leen Decin
Des modélisations confirment cette théorie : « Toutes nos observations s'expliquent par la présence d'un compagnon », affirme Decin. Appliqué au Soleil, le modèle prédit une faible spirale dans 7 milliards d'années, due à Jupiter et Saturne.
Cette découverte résout une énigme séculaire et bouleverse les modèles. Les estimations passées de la perte de masse des étoiles âgées, ignorant ces complexités, pouvaient être erronées jusqu'à un facteur 10. Cela implique une révision des théories sur l'évolution stellaire et cosmique. L'équipe prépare déjà une étude complémentaire.
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