UN TANGO D'ÉTOILES MASSIVES SOULÈVE DE LA POUSSIÈRE

Une équipe de chercheurs dirigée par des canadiens a découvert, grâce à l'Observatoire Gemini, des indices intéressants qui suggèrent que de fines particules de poussière éjectées par des étoiles chaudes et massives peuvent survivre assez longtemps pour atteindre le milieu interstellaire. Ce genre de processus pourrait avoir fourni une partie des matériaux nécessaires à la formation de systèmes planétaires dans un Univers encore jeune.

C'est à l'aide du système d'imagerie d'avant-garde en infrarouge moyen du Télescope Gemini Nord, à Mauna Kea, Hawaii, que l'équipe de recherche a pu étudier l'interaction dynamique d'une paire d'étoiles binaires engagées dans un tango orbital poussiéreux. Chaque étoile du système stellaire, nommé "WR 112", projette un vent vers sa compagne ce qui produit une onde de choc stationnaire à l'endroit où le vent le plus puissant repousse le vent le plus faible. L'extrême compression de la matière dans l'onde de choc cause la formation de poussière qui, éventuellement, s'écoule du système en traçant une spirale géante, signature de l'incessante danse orbitale du couple stellaire.

"Ces étoiles massives de type Wolf-Rayet, productrices insoupçonnées de poussière, ont déjà été observées dans des systèmes binaires, mais c'est la première fois que nous sommes en mesure d'en observer une à plusieurs longueurs d'onde de l'infrarouge moyen, et avec une telle qualité d'image," a déclaré le Dr. Sergey Marchenko, anciennement de l'Université de Montréal (aujourd'hui à Western Kentucky University) et auteur principal de l'article publié dans l'édition du 20 janvier 2002, du journal scientifique Astrophysical Journal Letters. "L'étude de ce système à l'aide de Gemini a révélé que les particules de poussière de carbone, bien que minuscules, sont environ cent fois plus grosses que le prévoyaient les plus récentes théories. De plus, une fraction importante de la poussière semble s'échapper vers l'espace interstellaire avant d'être détruite par le puissant champ de rayonnement provenant des étoiles chaudes et massives du système binaire."

La théorie prévoit que, très tôt dans l'histoire de l'Univers, la majorité des étoiles étaient possiblement très massives, comme celles qui deviennent des étoiles Wolf-Rayet (WR). Parce qu'elles sont très massives, ces étoiles brûlent rapidement et avec beaucoup d'intensité. Leur durée de vie est environ 1000 fois plus courte que celle des étoiles semblables à notre Soleil. Il est donc probable que ce processus ait injecté dans le milieu interstellaire une grande quantité de poussière composée d'éléments lourds (principalement du carbone résultant de la fusion nucléaire de l'hélium) alors que l'Univers était encore relativement jeune. "En conséquence, nous aurons peut-être à considérer une époque relativement jeune de l'histoire de l'Univers où, pour la première fois, les ingrédients nécessaires à la naissance et à la formation de systèmes planétaires, devinrent disponibles dans le milieu interstellaire," a confié le Dr. Marchenko.

Les images de ce système produites par Gemini montrent clairement la spirale de poussière causée par la danse des deux étoiles géantes. Anthony Moffat, aussi de l'Université de Montréal, et co-investigateur principal avec Sergey Marchenko, décrit le résultat de cette interaction en termes plus accessibles, "Si on regarde au-delà de la région centrale, où les vents des étoiles entrent en collision, on aperçoit une traînée de poussière qui spirale vers l'extérieur à cause des mouvement orbitaux combinés des deux étoiles. Cette traînée pourrait être représentée par le trajet emprunté par l'eau jaillisant d'un boyau à haute pression tenu par un jardinier s'amusant à pivoter sur lui-même!"

Comment les particules amorphes de poussière de carbone se forment et survivent dans l'environnement hostile de ces étoiles demeure un mystère. De plus, malgré que chaque particule de poussière soit environ de la taille d'une particule de fumée de cigarette, c'est-à-dire d'un diamètre d'environ un micron, on ignore encore quels processus mènent à la formation de grains presque cent fois plus gros que ceux prédits par la théorie.

On sait que le vent stellaire provenant de l'étoile Wolf-Rayet riche en carbone de la paire WR112 est beaucoup plus puissant que le vent de sa compagne. Lorsque le vent de l'étoile Wolf-Rayet rencontre le vent plus faible de sa compagne, une "zone de choc" se forme et se rabat autour de la compagne. On croit que la pression accrue dans la zone de choc cause la formation de ces gros grains amorphes de poussière de carbone. La poussière est ensuite forcée par le puissant vent stellaire WR à s'écouler vers l'extérieur du système en suivant une traînée spirale, signature dévoilée par les images dans l'infrarouge moyen de Gemini. Visitez le site http://www.gemini.edu/media/MSImages.html pour obtenir des illustrations et des données démontrant le phénomène.

On estime que WR112 est à environ 14 000 années-lumière de la Terre et que le système consiste en une étoile Wolf-Rayet assez massive gravitionnellement unie à une autre étoile plus normale mais très massive de type "O". En se basant sur la vitesse connue du vent de l'étoile WR, sur la forme de la spirale et sur la distance de la paire, on estime à 25 ans la période orbitale des étoiles. La spirale de poussière est détectée au moins jusqu'à un rayon d'environ 12 000 AU, c'est-à -dire à plus de cent fois le rayon de notre système solaire, en présumant que la distance du système est exacte.

Parmi les membres de l'équipe qui ont participé à ce projet de recherche mené par Marchenko et Moffat, on compte W. D. Vacca - Max-Planck-Institut fuer extraterrestrische/Garching, S. Côté - Institut Herzberg d'astrophysique, Conseil national de recherche Canada/Victoria, R. Doyon - Université de Montréal. L'instrument utilisé pour obtenir ces observations Gemini est la caméra/spectromètre pour l'infrarouge nommée Observatory Spectrometer and Camera for the Infrared (OSCIR). Cet instrument a été construit par l'Université de la Floride, subventionné par le National Science Foundation (NSF) des États-Unis et la NASA, et opéré par l'équipe OSCIR dirigée par Dr. Charles Telesco. L'étude est fondée sur des images obtenues à des longueurs d'onde de 7,9, 12,5 et 18,2 microns, dans le domaine de l'infrarouge moyen du spectre électromagnétique. Des images additionnelles de WR112, cette fois dans le domaine de l'infrarouge proche, furent obtenues en 1999 et en 2000 au Télescope Canada-France-Hawaii et au Infrared

Des observations d'étoiles binaires massives ont déjà été obtenues par d'autres groupes de recherche, en particulier les observations de WR98a et WR104 par P. Tuthill, J. Monnier et W. Danchi à l'aide du télescope de l'Observatoire W.M. Keck. Ces observations ont dévoilé de magnifiques spirales de poussière dynamiques émanant des étoiles binaires. Ces deux systèmes contiennent aussi des étoiles WR relativement froides et riches en carbone, mais les orbites sont plus petites avec des périodes orbitales d'environ un an. Ces observations ont été cruciales à notre compréhension de la dynamique de ces systèmes en offrant des données à des longueurs d'onde infrarouge plus courtes ce qui a permis d'étudier la poussière plus chaude à proximité des étoiles binaires. Par contre, elles ne permettaient pas de poser des restrictions fermes quant à la dimension des particules ou quant à l'étendue du cocon de poussière.

L'Observatoire Gemini est une collaboration internationale qui a mené à la construction de deux télescopes identiques de 8 mètres de diamètre. Les télescopes sont situés à Mauna Kea, Hawaii (Gemini Nord) et à Cerro Pachón au Chili central (Gemini Sud). Les télescopes procurent ainsi une couverture complète des deux hémisphères du ciel. Les deux télescopes utilisent de nouvelles technologies qui permettent l'utilisation de grands miroirs relativement minces sous contrôle actif, capables de recueillir et de focaliser autant le rayonnement optique qu'infrarouge. Les opérations scientifiques débutèrent au Gemini Nord en 2000, et de façon limitée, à Gemini Sud à la fin de 2001.

L'Observatoire Gemini offre aux communautés scientifiques de chaque pays partenaire des installations astronomiques de première qualité. Le temps d'observation est alloué proportionnellement à la contribution de chaque pays. En plus du support financier, chaque pays investit d'importantes ressources scientifiques et techniques. Les agences nationales de recherche formant le partenariat Gemini inclues: le National Science Foundation (NSF) des États-Unis, le Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC) du Royaume-Uni, le Conseil national de recherche du Canada (CNRC), le Chilean Comisión Nacional de Investigación Cientifica y Tecnológica (CONICYT) du Chilie, le Australian Research Council de l'Australie, le Argentinean Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) de l'Argentine, et enfin, le Brazilian Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) du Brésil. L'Observatoire est dirigé par la Association of Universities for Research in Astronomy, Inc.

Pour obtenir les images scientifiques haute-définition, des illustrations et de l'information supplémentaire voir :

http://www.gemini.edu/project/announcements/press/2002-4.html
http://www.gemini.edu/media/MSImages.html

Personnes-ressources (Science)

Dr. Sergey V. Marchenko
Department of Physics and Astronomy
Western Kentuchy University
Bowling Green, Kentucky
(270) 745-6201 (Bureau)
Courriel: sergey@astro.wku.edu

Dr. Anthony F.J. Moffat
Département de physique
Université de Montréal
(514) 343-6682 (Bureau)
Courriel: moffat@astro.umontreal.ca

Personnes-ressources (Media):

Peter Michaud
Gemini Observatory, Hilo HI (
808) 974-2510 (Bureau),
(808) 987-5876 (Cellulaire)
Courriel: pmichaud@gemini.edu

Dr. Dennis Crabtree
Conseil National de Recherche Canada
(250) 363-0024 (Bureau)
Courriel: Dennis.Crabtree@nrc.ca