En ce qui concerne les bonbons pour les yeux cosmiques, les nébuleuses planétaires sont au sommet du bol de bonbons. Comme les empreintes digitales ou peut-être les feux d’artifice, chacun est différent. Quels facteurs sont à l’œuvre pour les rendre si uniques les uns des autres?
Toute discussion sur les nébuleuses planétaires devrait commencer par un avertissement. Les images colorées que nous voyons sur le Web ne sont pas ce à quoi elles ressembleraient à l’œil humain. Mais ils ne sont pas faux non plus. Étant donné que les nébuleuses, contrairement aux étoiles, ne brillent que dans des lignes spectrales étroites, les images sont traitées de sorte que la couleur est exagérée, ou peut-être reconstruit est un meilleur mot. Dans les images astronomiques, les couleurs sont couramment appliquées à différents produits chimiques, vitesses ou autres propriétés. Les couleurs aident à illustrer la complexité de ces objets d’une manière qui nécessiterait autrement des paragraphes de langage compliqué. En tout cas, notre vue humaine limitée ne définit pas l’Univers. Nos yeux ont évolué sur Terre, donc présenter des images d’objets dans l’espace, comme des nébuleuses planétaires, demande du travail.
Mais il y a plus dans les nébuleuses planétaires que des couleurs accrocheuses. Leurs formes sont également uniques et elles peuvent nous en dire autant, voire plus, sur les nébuleuses que les couleurs. Une nouvelle étude examine certaines des raisons pour lesquelles leurs formes sont si différentes et comment les compagnons binaires affectent leurs formes.
L’étude s’intitule “Nébuleuses planétaires émergentes dans des motifs en spirale 3D”. L’auteur principal est Verónica Lora de l’Institut des sciences nucléaires de l’Universidad Nacional Autonoma de Mexico. Les co-auteurs de Lora viennent du Mexique et d’Espagne.
Sans se perdre dans des avertissements sans fin, il y en a un autre important en ce qui concerne les nébuleuses planétaires : elles n’ont rien à voir avec les planètes. Ils ont reçu ce nom avant que les télescopes modernes n’arrivent et permettent aux astronomes de les voir clairement. Pour les premiers astronomes, elles ressemblaient un peu à des planètes, et c’est ainsi qu’elles ont reçu leur nom.
Les nébuleuses planétaires (PNe) proviennent d’étoiles de la séquence principale devenues des géantes rouges. Lorsque l’étoile atteint la fin de son stade de géante rouge, elle libère des gaz dans l’espace. Une fois que la géante rouge cesse de fusionner, il reste une naine blanche. Les gaz expulsés de l’étoile absorbent le rayonnement ultraviolet de la naine blanche, puis l’émettent dans différentes longueurs d’onde. C’est pourquoi une nébuleuse planétaire est une nébuleuse à émission plutôt qu’une nébuleuse à réflexion.
La plupart des étoiles de la Voie lactée ne sont pas solitaires ; ils ont un compagnon binaire. Ainsi, lorsque l’une des étoiles devient une nébuleuse planétaire, le compagnon binaire peut façonner la nébuleuse. La nouvelle recherche se concentre sur l’effet que les compagnons binaires peuvent avoir sur les nébuleuses. Il examine également le rôle que jouent les jets.
L’étude examine les motifs en spirale 3D dans un PNe encore en formation qui résultent d’un compagnon sur une orbite circulaire. Leurs résultats montrent que la période orbitale du compagnon peut avoir un effet puissant sur la forme finale de la nébuleuse en affectant les spirales. Leurs résultats montrent également comment les jets de la naine blanche au cœur du PNe peuvent aider à effacer les spirales et à façonner l’objet.
Il existe un large consensus sur le fait que la plupart des PN se forment d’une manière ou d’une autre via l’évolution des systèmes binaires. Cela signifie que nous devrions nous attendre à trouver des structures en forme d’anneaux dans leurs halos. Des recherches antérieures ont suggéré qu’environ 35% des PN devraient avoir ces structures. Mais une étude de 2016 portant sur 650 PNes a montré que seulement 8 % d’entre eux possédaient ces structures. Que leur est-il arrivé?
“La variété des morphologies présentées par PNe (ronde, elliptique, bipolaire, multipolaire et irrégulière, par exemple) a été prise comme preuve de l’action de mécanismes de mise en forme physique supplémentaires”, écrivent les auteurs. Si seulement 8% des PNes présentent des structures en forme d’anneaux, alors quelque chose pourrait les effacer. “Une si faible occurrence de structures en forme d’anneaux pourrait suggérer l’existence d’un mécanisme physique effaçant leur signature”, expliquent les chercheurs dans leurs travaux.
Les chercheurs voulaient comprendre comment la période orbitale d’un compagnon binaire contribue à façonner ces motifs en spirale et comment ils finissent par façonner les nébuleuses elles-mêmes. Mais il y a des obstacles à surmonter : en quelques centaines d’années seulement, l’expansion thermique des nébuleuses dilue les motifs en spirale, et les jets éjectant de la matière diluent davantage les motifs.
Pour franchir ces obstacles, les auteurs se sont tournés vers l’un des outils les plus puissants des astronomes : les simulations. Dans ce cas, ils ont utilisé des simulations hydrodynamiques de rayonnement 3D pour sonder la formation de PNe. “Nous présentons les premières simulations hydrodynamiques de rayonnement 3D de la formation de nébuleuses planétaires (PNe) émergeant de motifs en spirale 3D”, écrivent-ils.
La période critique est la phase post-AGB. AGB signifie Asymptotic Giant Branch, donc post-AGB signifie essentiellement la période de temps après qu’une étoile est devenue une géante rouge et a expulsé les gaz qui forment le PN.
Leurs simulations concordent avec des recherches antérieures montrant un faible taux de détection des anneaux et des spirales. Leurs simulations sont également en accord avec les résultats précédents montrant comment la structure en spirale d’un PN peut disparaître assez rapidement en raison des effets dynamiques de son compagnon binaire. Mais ils ont également simulé l’effet des jets de la naine blanche à l’intérieur du PNe et montré comment ils aident à effacer les structures en spirale et en anneau.
Les images simulées sont alignées avec les formes de PNes que nous voyons dans les images de télescope. Par exemple, la nébuleuse de l’œil de chat, l’une des nébuleuses les plus connues et les plus souvent représentées, présente une similitude familière avec l’une des simulations en particulier. “En particulier, l’image dans le panneau inférieur gauche de la Fig. 8, correspondant
au modèle P4, présente des améliorations de densité (en jaune) indicatives des interactions entre un jet en précession et la structure en spirale 3D rappelant les structures en forme de choc en arc observées dans NGC 6543 », écrivent-ils.
Bien que certains détails des processus PNe dépassent les simulations complexes, l’équipe est parvenue à certaines conclusions.
Les régions les plus denses des spirales disparaissent assez rapidement. En seulement 500 ans environ, la dilatation thermique les efface. Les jets aident également à perturber les spirales. Pour ces raisons, les auteurs écrivent: «Essayer d’évaluer les paramètres orbitaux à partir de spirales perturbées, c’est-à-dire de structures en forme d’anneaux, dans les halos de PNe doit être pris avec précaution, en particulier dans les cas où les structures ont été fortement perturbées. le cas de NGC 7027.
Les résultats de l’équipe montrent également que la période orbitale du binaire a des conséquences sur la formation du PNe, en particulier dans les premiers stades. “En particulier”, expliquent-ils, “nous montrons que des spirales 3D plus entrelacées produites avec des périodes orbitales plus petites entravent l’expansion des bulles chaudes vers le plan orbital, permettant l’expansion des cavités elliptiques vers les directions polaires”.
Ils montrent également comment la présence de jets peut façonner le PNe. “
Il reste encore du travail à faire pour comprendre comment se forment les PNes. Une étude de 2021 a montré comment même des vents très lents de l’étoile AGB et une excentricité binaire peuvent faire s’écarter le PNe d’une structure en forme d’anneau. Les auteurs de cet article disent que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment tout cela s’emboîte pour former des PNe de forme irrégulière.
Tout dans la nature est complexe, et la complexité s’approfondit au fur et à mesure que nous étudions les choses. Peut-être que rien dans la nature n’illustre mieux cela que les nébuleuses planétaires. Leur complexité visuelle fascinante intéresse non seulement les astronomes mais aussi tous ceux qui veulent s’engager avec la nature.
