La nébuleuse du papillon, également connue sous le nom de nébuleuse Twin Jet, est un exemple de nébuleuse planétaire dite bipolaire. L'objet de cette étude, K4-47, est beaucoup moins connu, mais peut être similaire en apparence. N'ayant rien à voir avec les planètes, une nébuleuse planétaire est une incandescence, souvent coloré, coquille de gaz et de poussière projetée dans l'espace par une étoile mourante à grande vitesse. Crédit :ESA/Hubble &NASA/Judy Schmidt
Tout autour de vous - votre bureau, ton ordinateur portable, votre tasse de café - en fait, même toi - est fait de poussière d'étoile, l'étoffe forgée dans les fournaises ardentes des étoiles qui sont mortes avant la naissance de notre soleil. Sondant l'espace entourant un mystérieux cadavre stellaire, Des scientifiques de l'Université de l'Arizona ont fait une découverte qui pourrait aider à résoudre un mystère de longue date :d'où vient la poussière d'étoile ?
Quand les étoiles meurent, ils ensemencent le cosmos autour d'eux avec les éléments qui vont fusionner en de nouvelles étoiles, planètes, astéroïdes et comètes. Presque tout ce qui compose la Terre, même la vie elle-même, se compose d'éléments fabriqués par les étoiles précédentes, y compris le silicium, carbone, l'azote et l'oxygène. Mais ce n'est pas toute l'histoire. Les météorites contiennent généralement des traces d'un type de poussière d'étoile qui, jusqu'à maintenant, était censé se former uniquement dans des cas exceptionnellement violents, des événements explosifs de mort stellaire connus sous le nom de novae ou de supernovae - trop rares pour expliquer l'abondance préservée dans les météorites.
Des chercheurs de l'UA ont utilisé des radiotélescopes en Arizona et en Espagne pour observer les nuages de gaz dans la jeune nébuleuse planétaire K4-47, un objet énigmatique environ 15, 000 années-lumière de la Terre. Classé comme nébuleuse, K4-47 est un vestige stellaire, qui, selon les astronomes, a été créé lorsqu'une étoile semblable à notre soleil a jeté une partie de sa matière dans une coquille de gaz sortant avant de terminer sa vie en tant que naine blanche.
A leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que certains des éléments qui composent la nébuleuse - le carbone, azote et oxygène – sont fortement enrichis de certaines variantes qui correspondent aux abondances observées dans certaines particules de météorites mais sont par ailleurs rares dans notre système solaire :les isotopes dits lourds du carbone, l'azote et l'oxygène, ou 13 C, 15 N et 17 , respectivement. Ces isotopes diffèrent de leurs formes les plus courantes en contenant un neutron supplémentaire à l'intérieur de leur noyau.
La fusion d'un neutron supplémentaire sur un noyau atomique nécessite des températures extrêmes supérieures à 200 millions de degrés Fahrenheit, amenant les scientifiques à conclure que ces isotopes ne pouvaient se former que dans les novae - de violentes explosions d'énergie dans les systèmes stellaires binaires vieillissants - et les supernovae, dans laquelle une étoile s'effondre dans une explosion cataclysmique.
"Les modèles n'invoquant que les novae et les supernovae n'ont jamais pu rendre compte des quantités de 15 N et 17 O nous observons dans des échantillons de météorites, " dit Lucy Ziurys, auteur principal de l'article, qui est publié dans le numéro du 20 décembre de la revue La nature . "Le fait que nous trouvions ces isotopes dans K4-47 nous dit que nous n'avons pas besoin d'étoiles exotiques étranges pour expliquer leur origine. Il s'avère que les étoiles moyennes des variétés de jardin sont également capables de les produire."
Au lieu d'événements explosifs cataclysmiques forgeant des isotopes lourds, l'équipe suggère qu'ils pourraient être produits lorsqu'une étoile de taille moyenne telle que notre soleil devient instable vers la fin de sa vie et subit un flash d'hélium, dans lequel l'hélium super chaud du noyau de l'étoile traverse l'enveloppe d'hydrogène superposée.
"Ce processus, pendant laquelle la matière doit être crachée et refroidie rapidement, produit 13 C, 15 N et 17 , " a expliqué Ziurys, professeur titulaire d'un double poste à l'observatoire Steward et au département de chimie et biochimie de l'UA. "Un flash d'hélium ne déchire pas l'étoile comme le fait une supernova. C'est plus comme une éruption stellaire."
À 15, 000 années-lumière, l'objet K4-47 est environ sept fois plus loin que la nébuleuse Twin Jet, ce qui rend l'image beaucoup plus difficile. Sur la base de ce que les scientifiques ont appris sur K4-47 jusqu'à présent, il peut avoir une structure similaire de deux lobes s'étendant de la naine blanche au centre. Crédit : Sloan Digital Sky Survey
Les résultats ont des implications pour l'identification de la poussière d'étoiles et la compréhension de la façon dont les étoiles communes créent des éléments tels que l'oxygène, l'azote et le carbone, disaient les auteurs.
La découverte a été rendue possible grâce à une collaboration entre des disciplines traditionnellement restées relativement séparées :l'astronomie et la cosmochimie. L'équipe a utilisé des radiotélescopes de l'Arizona Radio Observatory et de l'Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) pour observer les spectres de rotation émis par les molécules de la nébuleuse K4-47, qui révèlent des indices sur leur distribution de masse et leur identité.
"Quand Lucy et moi avons commencé à collaborer sur ce projet, nous avons réalisé que nous pouvions concilier ce que nous avons trouvé dans les météorites et ce que nous observons dans l'espace, " a déclaré le co-auteur Tom Zega, professeur agrégé de cosmochimie, matériaux planétaires et astrobiologie au Laboratoire lunaire et planétaire de l'UA.
Les chercheurs attendent avec impatience les découvertes à venir pour la mission de retour d'échantillons d'astéroïdes OSIRIS-REx de la NASA, qui est dirigé par l'UA. Il y a tout juste deux semaines, le vaisseau spatial est arrivé à son astéroïde cible, Bennou, à partir de laquelle il prélèvera un échantillon de matière vierge en 2020. L'un des objectifs majeurs de la mission est de comprendre l'évolution de Bennu et les origines du système solaire.
"Vous pouvez penser aux grains que nous trouvons dans les météorites comme des cendres stellaires, laissés par des étoiles mortes depuis longtemps lors de la formation de notre système solaire, " a déclaré Zega. "Nous nous attendons à trouver ces grains pré-solaires sur Bennu - ils font partie du puzzle de l'histoire de cet astéroïde, et cette recherche aidera à définir d'où vient le matériel sur Bennu."
"Nous pouvons maintenant retracer l'origine de ces cendres, " ajouta Ziurys. " C'est comme une archéologie de la poussière d'étoiles. "
"L'étude de la combustion explosive de l'hélium à l'intérieur des étoiles ouvrira un nouveau chapitre dans l'histoire de l'origine des éléments chimiques, " dit Neville " Nick " Woolf, Professeur émérite à l'Observatoire Steward et le quatrième co-auteur.
La première auteure de l'article est Deborah Schmidt, doctorant à l'Observatoire Steward.
