La barre Orion est une diagonale, caractéristique en forme de crête de gaz et de poussière dans le quadrant inférieur gauche de cette image de la nébuleuse d'Orion. Sculpté par le rayonnement intense du chaud à proximité, jeunes étoiles, l'Orion Bar à première vue semble avoir la forme d'un bar. C'est probablement le prototype d'une région de photodissociation, ou PDR. Crédit :NASA, ESA, Massimo Robberto (STScI, ESA), Équipe du projet de trésorerie Orion du télescope spatial Hubble/Alyssa Pagan (STScI)
Dans une pépinière stellaire voisine appelée la nébuleuse d'Orion, Jeune, les étoiles massives projettent de la lumière ultraviolette lointaine sur le nuage de poussière et de gaz dont elles sont nées. Ce flot intense de rayonnement perturbe violemment le nuage en brisant les molécules, ioniser les atomes et les molécules en dépouillant leurs électrons, et chauffer le gaz et la poussière. Une équipe internationale utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA, dont le lancement est prévu en octobre, étudiera une partie du nuage rayonné appelée la barre d'Orion pour en savoir plus sur l'influence des étoiles massives sur leur environnement, et même sur la formation de notre propre système solaire.
"Le fait que les étoiles massives façonnent la structure des galaxies à travers leurs explosions en tant que supernovas est connu depuis longtemps. Mais ce que les gens ont découvert plus récemment, c'est que les étoiles massives influencent également leur environnement non seulement en tant que supernovas, mais à travers leurs vents et leurs radiations au cours de leur vie, " a déclaré l'un des principaux chercheurs de l'équipe, Olivier Berné, chercheur au Centre National de la Recherche Scientifique à Toulouse.
Pourquoi le bar Orion ?
Bien que cela puisse ressembler à un point d'eau du vendredi soir, la barre d'Orion est en fait une caractéristique semblable à une crête de gaz et de poussière dans la spectaculaire nébuleuse d'Orion. Un peu plus de 1, 300 années-lumière, cette nébuleuse est la région de formation d'étoiles massives la plus proche du Soleil. L'Orion Bar est sculpté par le rayonnement intense du voisinage, chaud, jeunes étoiles, et à première vue semble avoir la forme d'un bar. C'est une "région de photodissociation, " ou PDR, où la lumière ultraviolette des jeunes, les étoiles massives créent une atmosphère essentiellement neutre, mais chaleureux, zone de gaz et de poussière entre le gaz entièrement ionisé entourant les étoiles massives et les nuages dans lesquels elles naissent. Ce rayonnement ultraviolet influence fortement la chimie des gaz de ces régions et constitue la source de chaleur la plus importante.
Les PDR se produisent là où le gaz interstellaire est suffisamment dense et froid pour rester neutre, mais pas assez dense pour empêcher la pénétration de la lumière ultraviolette lointaine des étoiles massives. Les émissions de ces régions fournissent un outil unique pour étudier les processus physiques et chimiques qui sont importants pour la majeure partie de la masse entre et autour des étoiles. Les processus de radiation et de perturbation des nuages sont à l'origine de l'évolution de la matière interstellaire dans notre galaxie et dans tout l'univers, depuis les premières années de la formation vigoureuse des étoiles jusqu'à nos jours.
"L'Orion Bar est probablement le prototype d'un PDR, " a expliqué Els Peeters, un autre des principaux chercheurs de l'équipe. Peeters est professeur à l'Université de Western Ontario et membre du SETI Institute. "Cela a été largement étudié, donc c'est bien caractérisé. C'est tout près, et c'est vraiment vu de bout en bout. Cela signifie que vous pouvez sonder les différentes régions de transition. Et comme c'est tout près, cette transition d'une région à une autre est spatialement distincte si vous disposez d'un télescope à haute résolution spatiale."
La barre d'Orion est représentative de ce que les scientifiques pensent être les conditions physiques difficiles des PDR dans l'univers il y a des milliards d'années. "Nous pensons qu'en ce moment, vous aviez des 'Nébuleuses d'Orion' partout dans l'univers, dans de nombreuses galaxies, " a déclaré Berné. " Nous pensons qu'il peut être représentatif des conditions physiques en termes de champ de rayonnement ultraviolet dans ce qu'on appelle les « galaxies starburst, ' qui dominent l'ère de la formation des étoiles, quand l'univers avait environ la moitié de son âge actuel."
La formation de systèmes planétaires dans les régions interstellaires irradiées par de jeunes étoiles massives reste une question ouverte. Des observations détaillées permettraient aux astronomes de comprendre l'impact du rayonnement ultraviolet sur la masse et la composition des étoiles et des planètes nouvellement formées.
En particulier, des études de météorites suggèrent que le système solaire s'est formé dans une région similaire à la nébuleuse d'Orion. Observer l'Orion Bar est un moyen de comprendre notre passé. Il sert de modèle pour connaître les toutes premières étapes de la formation du système solaire.
Ce graphique illustre la nature stratifiée d'une région de photodissociation (PDR) telle que la barre d'Orion. Autrefois considérées comme des zones homogènes de gaz chauds et de poussières, Les PDR sont maintenant connus pour contenir une structure complexe et quatre zones distinctes. La boîte à gauche montre une partie de la barre d'Orion dans la nébuleuse d'Orion. La boîte en haut à droite illustre une région de formation d'étoiles massives dont les explosions de rayonnement ultraviolet affectent un PDR. La case en bas à droite zoome sur un PDR pour en représenter les quatre, zones distinctes :1) la zone moléculaire, une région froide et dense où le gaz est sous forme de molécules et où pourraient se former des étoiles; 2) le front de dissociation, où les molécules se séparent en atomes à mesure que la température augmente; 3) le front d'ionisation, où le gaz est dépourvu d'électrons, devenir ionisé, lorsque la température augmente considérablement ; et 4) le flux de gaz entièrement ionisé dans une région atomique, hydrogène ionisé. Pour la première fois, Webb pourra séparer et étudier les conditions physiques de ces différentes zones. Crédit :NASA, ESA, ASC, Jason Champion (CNRS), Pam Jeffries (STScI), Équipe PDRs4ALL ERS
Comme un gâteau en couches dans l'espace
Les PDR ont longtemps été considérés comme des régions homogènes de gaz chauds et de poussières. Maintenant, les scientifiques savent qu'ils sont très stratifiés, comme un gâteau en couches. En réalité, l'Orion Bar n'est pas vraiment un "bar" du tout. Au lieu, il contient beaucoup de structure et quatre zones distinctes. Ceux-ci sont:
"Avec Webb, nous pourrons séparer et étudier les conditions physiques des différentes régions, qui sont complètement différents, " dit Emilie Habart, un autre des principaux chercheurs de l'équipe. Habart est chercheur à l'Institut français d'astrophysique spatiale et maître de conférences à l'Université Paris-Saclay. "Nous étudierons le passage des régions très chaudes aux régions très froides. C'est la première fois que nous pourrons le faire."
Le phénomène de ces zones ressemble beaucoup à ce qui se passe avec la chaleur d'une cheminée. En s'éloignant du feu, la température baisse. De la même manière, le champ de rayonnement change avec la distance d'une étoile massive. De la même manière, la composition de la matière change à différentes distances de cette étoile. Avec Webb, les scientifiques résoudront pour la première fois chaque région individuelle au sein de cette structure en couches dans l'infrarouge et la caractériseront complètement.
Ouvrir la voie à de futures observations
Ces observations s'inscriront dans le programme du Director's Discretionary-Early Release Science, qui fournit du temps d'observation aux projets sélectionnés au début de la mission du télescope. Ce programme permet à la communauté astronomique d'apprendre rapidement comment utiliser au mieux les capacités de Webb, tout en produisant une science solide.
L'un des objectifs du travail d'Orion Bar est d'identifier les caractéristiques qui serviront de modèle pour de futures études de PDR plus éloignés. A de plus grandes distances, les différentes zones peuvent se brouiller ensemble. Les informations de la barre Orion seront utiles pour interpréter ces données. Les observations d'Orion Bar seront disponibles pour la communauté scientifique au sens large très peu de temps après leur collecte.
"La plupart de la lumière que nous recevons des galaxies très lointaines vient des 'nébuleuses d'Orion' situées dans ces galaxies, " a expliqué Berné. " Il est donc très logique d'observer en détail la nébuleuse d'Orion qui est près de nous afin de comprendre ensuite les émissions provenant de ces galaxies très lointaines qui contiennent de nombreuses régions de type Orion en elles. "
Uniquement possible avec Webb
Avec sa localisation dans l'espace, capacité infrarouge, sensibilité, et la résolution spatiale, Webb offre une occasion unique d'étudier l'Orion Bar. L'équipe sondera cette région à l'aide des caméras et des spectrographes de Webb.
"C'est vraiment la première fois que nous avons une couverture de longueur d'onde et une résolution angulaire aussi bonnes, " a déclaré Berné. "Nous sommes très intéressés par la spectroscopie parce que c'est là que vous voyez toutes les 'empreintes digitales' qui vous donnent des informations détaillées sur les conditions physiques. Mais nous voulons aussi que les images voient la structure et l'organisation de la matière. Lorsque vous combinez la spectroscopie et l'imagerie dans cette gamme infrarouge unique, vous obtenez toutes les informations dont vous avez besoin pour faire la science qui nous intéresse."
