Les étoiles rares « Pinwheel » constituent un magnifique puzzle astronomique

May 23, 2024

La classe d'étoiles condamnée nommée Wolf-Rayets produit de mystérieuses formes de moulinet

Les astronomes ont tendance à épuiser les superlatifs lorsqu’ils parlent des étoiles férocement chaudes et lumineuses connues sous le nom de Wolf-Rayets, qui comptent parmi les étoiles les plus grandes, les plus chaudes et les plus rares de l’univers. On pense que les Wolf-Rayets constituent la dernière étape éphémère de la vie des étoiles les plus massives, celles qui commencent leur vie avec une masse comprise entre 20 et plus de 200 fois celle du soleil. Ces poids lourds sont bleus et incroyablement lumineux, brûlant rapidement de vastes réserves d’hydrogène avec un abandon rapide et rapide. En brûlant, ils éjectent d’énormes quantités de masse dans des vents denses et rapides qui circulent à des vitesses étonnantes. Lorsqu’elles manquent de carburant, ces étoiles s’effondrent sous leur propre gravité lors des événements cataclysmiques que nous observons sous le nom de supernovae.

Leur nature extrême les caractérise comme des parias célestes qui se regroupent aux frontières du thème fondateur de l'astronomie, le diagramme de Hertzsprung-Russell, qui cartographie les étoiles en fonction de leur luminosité et de leur température. Les Wolf-Rayets s'élèvent au-delà de la « séquence principale » du diagramme, où se rassemblent les étoiles ordinaires. Ce sont des monstres gonflés avec des températures de surface qui peuvent dépasser 200 000 kelvins, soit 30 fois plus chaudes que le soleil, et des champs de rayonnement qui peuvent surpasser le soleil par des facteurs de plus d'un million.

Le trait caractéristique d’une étoile Wolf-Rayet – une faible abondance d’hydrogène – s’avère être un signe avant-coureur d’une catastrophe. Une fois qu’une étoile a épuisé son hydrogène, elle commence à brûler d’autres combustibles, comme l’hélium, mais cela ne lui confère qu’un modeste sursis d’exécution. La vie des Wolf-Rayet se mesure en millions d'années et parfois bien moins. Ce n’est qu’un clin d’œil comparé à la durée de vie de 10 milliards d’années de notre soleil. Et comme les étoiles massives sont déjà des exceptions parmi les types d’étoiles, les Wolf-Rayets sont doublement rares : elles représentent littéralement une étoile sur un milliard. Bien que leur luminosité les rende faciles à repérer par les télescopes, nous n’en connaissons que quelques centaines dans l’ensemble de notre galaxie.

Malgré leur rareté, ces étoiles énigmatiques ont une histoire liée aux questions astronomiques les plus urgentes de l’heure. À mesure que de plus en plus d’observations proviennent d’installations puissantes telles que le télescope spatial James Webb, cette tendance se répète. Récemment, Wolf-Rayets nous a posé de nouvelles questions sur la physique qui les anime, ce qui pourrait aider à résoudre de grands mystères sur la nature et le destin des étoiles.

En 1876, lorsque les astronomes français Charles Wolf et Georges Rayet se sont interrogés pour la première fois sur trois étoiles de la constellation du Cygne, la science de la spectroscopie, qui étudie les objets astronomiques en diffusant leur lumière dans leurs couleurs constitutives, en était à ses balbutiements. Pourtant, Wolf et Rayet avaient vu suffisamment d’étoiles normales pour savoir que quelque chose de profondément bizarre se passait. Les étoiles ordinaires comme le soleil ont des spectres constitués de lumière provenant de toute la gamme des couleurs visibles, imprimés d'une diffusion de lignes sombres étroites et fines qui représentent les longueurs d'onde absorbées par les éléments chimiques des étoiles. Les nouvelles étoiles du Cygne semblaient être tout autre chose : elles présentaient des bandes vibrantes de couleurs vives « rappelant davantage les nébuleuses », ont écrit les astronomes, les amenant à spéculer que ces étoiles pourraient « principalement devoir leur éclat à des vapeurs incandescentes ».

Au cours des décennies suivantes, les astronomes ont commencé à mieux comprendre les spectres de la plupart des types d'étoiles, mais Wolf-Rayets restait une bizarrerie incompréhensible. Ils ont parfois pris au piège des scientifiques tels que Ralph Copeland. En 1884, il entreprit une expédition sur les rives du lac Titicaca, au Pérou, en haute altitude, avec du matériel astronomique transporté par train mulet. Là, il tomba sur l'étoile γ Argus (« gamma Argus », maintenant connue sous le nom de γ Velorum), dont « la ligne intensément brillante dans le bleu et le magnifique groupe de trois lignes brillantes dans le jaune et l'orange rendent son spectre incomparablement le plus brillant et le plus brillant ». frappant dans tous les cieux. Copeland est devenu accro : « L’extraordinaire beauté de ce spectre… m’a amené à consacrer une partie considérable de mon temps à des balayages plus ou moins systématiques du voisinage de la Voie lactée. » Il a finalement décroché cinq autres étoiles similaires. Bien qu'aucun n'ait été aussi spectaculaire que γ Velorum, cet effort a plus que doublé le catalogue des Wolf-Rayets connus.