L'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) a participé à la découverte d'un groupe d'étoiles pauvres en métaux enveloppées d'une grande quantité de poussière de fer située dans le Grand Nuage de Magellan. Cette étude a impliqué une combinaison de modèles théoriques de la formation de poussière dans les enveloppes circumstellaires avec des observations infrarouges prises avec le télescope spatial Spitzer. Le travail comprend des prédictions pour le futur télescope spatial James Webb.

Les étoiles dont la masse est comprise entre une et huit fois la masse du soleil évoluent le long de la branche géante asymptotique (AGB) avant de finir leur vie en naines blanches. C'est au cours de cette phase rapide mais cruciale que les étoiles s'étendent vers des dimensions énormes et se refroidissent, perdant une grande partie de leur masse en raison de forts vents stellaires. La basse température et la forte densité des vents offrent des conditions idéales pour la condensation des grains de poussière dans leurs enveloppes circumstellaires.

La poussière produite par les étoiles dans leur phase AGB et expulsée dans le milieu interstellaire est importante pour la vie des galaxies, car il comprend un élément essentiel pour la formation de nouvelles étoiles et planètes. Caractériser si la poussière est composée de composants organiques à l'état solide ou de composants inorganiques et déterminer la quantité de poussière est important pour la communauté astronomique.

Lettres de revues astrophysiques a publié la nouvelle étude, qui a des réponses aux énigmes d'un groupe particulier d'étoiles AGB massives situées dans le Grand Nuage de Magellan. Comparant les observations infrarouges faites avec le télescope spatial Spitzer (et les prédictions pour le futur télescope spatial James Webb) avec les modèles théoriques développés par ce groupe, l'étude rapporte que ces étoiles pèsent environ cinq masses solaires, se sont formés il y a environ 100 millions d'années, et sont pauvres en métaux tels que le fer, magnésium et silicium. De façon inattendue, les chercheurs ont découvert que les distributions d'énergie spectrale infrarouge ne peuvent être reproduites que si la poussière de fer est le composant principal de leurs enveloppes circumstellaires. Ceci est rare autour des étoiles AGB massives. On savait auparavant que de telles étoiles produisent principalement des silicates, magnésium et de grandes quantités d'oxygène et de silicium. Mais ce constat est encore plus surprenant, compte tenu de l'environnement pauvre en métaux des étoiles étudiées.

L'étude caractérise pour la première fois cette classe d'étoiles aux propriétés spectrales uniques. "La faible métallicité de ces étoiles géantes crée des conditions particulières, permettant la formation de grandes quantités de poussière de fer, " explique Ester Marini, premier auteur de l'article et doctorant à l'Université de Roma Tre. "En réalité, dans des environnements pauvres en métaux, la nucléosynthèse complexe au sein des étoiles massives AGB est si avancée qu'elle brûle presque tout le magnésium et l'oxygène, nécessaire pour former d'autres types de poussières telles que les silicates.

Dans ces conditions particulières, la poussière de fer devient le composant principal de la poussière formée par ces étoiles. "Ce résultat est une confirmation importante de la théorie de la poussière de fer dans les environnements pauvres en métaux, déjà fait allusion dans des preuves d'observation indépendantes, " déclare Aníbal García Hernández, chercheur à l'IAC, un co-auteur de l'ouvrage.

"L'arrivée du télescope spatial James Webb (JWST) ouvrira de nouvelles possibilités pour enquêter en profondeur sur ce cas, " dit Flavia Dell'Agli, chercheur postdoctoral à l'IAC et deuxième auteur de l'article. "Ce futur télescope augmentera considérablement le nombre d'étoiles AGB extragalactiques résolues, " elle dit, ajoutant que l'instrument MIRI sur le JWST sera "idéal pour identifier cette classe d'étoiles dans d'autres galaxies du Groupe Local".