Les étoiles scintillantes fournissent la poussière qui mène à la vie

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Lorsque les étoiles de masse faible à moyenne épuisent leur réserve d’hydrogène, elles sortent de leur phase de séquence principale et se dilatent pour devenir des géantes rouges – ce que l’on appelle la phase Asymptotic Giant Branch (AGB). Les étoiles dans cette phase de leur évolution deviennent variables (éprouvent des changements de luminosité) pour se débarrasser de leurs couches externes, répandant de la poussière dans tout le milieu interstellaire (ISM) qui est crucial pour le développement des nébuleuses planétaires et des systèmes protoplanétaires. Pendant des décennies, les astronomes ont cherché à mieux comprendre le rôle que jouent les étoiles géantes rouges.

L’étude de la poussière interstellaire et protoplanétaire est difficile car elle est si faible en lumière visible. Heureusement, cette poussière absorbe la lumière et rayonne fortement dans l’infrarouge (IR), ce qui la rend visible pour les télescopes IR. À l’aide de données d’archives des missions Akari et Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) désormais à la retraite, une équipe d’astronomes japonais a mené la première enquête à long terme sur les AGB poussiéreux et a observé que l’intensité variable de ces étoiles coïncide avec la quantité de poussière. ils produisent. Comme ces poussières jouent un rôle important dans la formation des planètes, cette étude pourrait éclairer les origines de la vie.

L’étude a été menée par le doctorant Kengo Tachibana et ses collègues de l’Institut d’astronomie de l’Université de Tokyo. Ils ont été rejoints par des astronomes de l’Université de Kagoshima, de l’Université de Tohoku et de l’Institut des sciences spatiales et astronautiques (ISAS) de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA). Leur article, “Enquête sur la variabilité à long terme dans l’infrarouge moyen des étoiles AGB poussiéreuses à l’aide de données de balayage à plusieurs époques d’AKARI et de WISE”, a récemment été publié dans le Publications de la Société astronomique du Japon.

Cette image retrace la vie d’une étoile semblable au Soleil, de sa naissance sur le côté gauche du cadre à son évolution en une étoile géante rouge sur la droite. Crédit: ESO/M. Kornmesser

L’astronomie infrarouge a ouvert de nouvelles perspectives sur l’Univers, comme en témoigne la Télescope spatial James Webb (JWST). Le JWST a fourni les images les plus détaillées du cosmos jamais vues grâce à son grand miroir primaire, ses instruments IR et son pare-soleil (qui le maintient à des températures cryogéniques). Cependant, il est important de noter que Webb est le dernier d’une longue série d’observatoires infrarouges, qui comprennent AKARI (le premier télescope spatial infrarouge du Japon), l’observatoire spatial Herschel de l’ESA et les télescopes spatiaux WISE et Spitzer de la NASA.

Comme Tachibana l’a expliqué dans un récent communiqué de presse d’UTokyo, la plupart des enquêtes IR ont été de courte durée, ce qui a limité les possibilités d’en savoir plus sur les étoiles les plus faibles et celles qui approchent de la fin de leur cycle de vie :

“Nous étudions les étoiles, et la lumière infrarouge qu’elles émettent est une source clé d’informations qui nous aide à percer leurs secrets. Jusqu’à récemment, la plupart des données IR provenaient d’enquêtes à très courte période en raison du manque de plates-formes dédiées avancées. Mais des missions comme AKARI et WISE nous ont permis de mener des enquêtes sur des périodes plus longues. Cela signifie que nous pouvons voir comment les choses pourraient changer sur de plus longues périodes et ce que ces changements pourraient impliquer. Dernièrement, nous avons porté notre attention sur une certaine classe d’étoiles appelées étoiles à branches géantes asymptotique, qui sont intéressantes car elles sont les principales productrices de poussière interstellaire.

La poussière interstellaire est constituée d’éléments plus lourds (carbone, oxygène, fer, etc.) créés par fusion nucléaire à l’intérieur d’une étoile. Ces éléments ont été formés à l’origine par les premières étoiles de notre Univers (étoiles de la Population III) et accumulés dans leurs couches externes. Une fois qu’ils ont atteint le besoin de leur durée de vie, ces couches externes ont été emportées par les supernovae et dispersées dans tout le cosmos. Ces éléments sont ensuite devenus une partie des nébuleuses à partir desquelles de nouvelles populations (Population II et I se sont formées), augmentant progressivement la teneur en métal (« métallicité ») des étoiles.

L’intérieur d’une étoile géante juste avant qu’elle ne soit sur le point d’exploser. Des couches d’éléments tous empilés les uns sur les autres, tous fusionnant, tous fous. Crédit image : RJ Hall

Au fil du temps, ces étoiles sont entrées dans leur phase AGB et sont devenues la principale source de poussière cosmique. Mais contrairement aux étoiles de la population III, les AGB produisent et distribuent progressivement des éléments plus lourds dans l’ISM, les éliminant de leurs couches externes plutôt que de les souffler dans des explosions massives. Alors que les astronomes l’ont compris depuis des décennies, les principaux moteurs de ce processus sont mal compris, ce qui les amène à se demander où ils devraient chercher pour en savoir plus à ce sujet. Dit Tachibana :

« Notre dernière étude nous a orientés dans la bonne direction. Grâce à des observations IR de longue période, nous avons constaté que la lumière des AGB poussiéreux varie avec des périodes supérieures à plusieurs centaines de jours. Nous avons également constaté que les coquilles sphériques de poussière produites puis éjectées par ces étoiles ont des concentrations de poussière qui varient en fonction des changements de luminosité des étoiles. Sur les 169 AGB poussiéreux enquêtés, quelle que soit leur période de variabilité, les concentrations de poussière autour d’eux coïncideraient. Donc, nous sommes certains que ceux-ci sont connectés.

Cette étude a fourni une première étape précieuse en démontrant le lien entre les concentrations de poussière et la variabilité de la luminosité d’une étoile. Pour la prochaine étape, l’équipe espère explorer les mécanismes physiques possibles derrière la production de cette poussière. Pour ce faire, l’équipe prévoit d’utiliser le télescope de 6,5 mètres de l’observatoire d’Atacama (TAO) de l’Université de Tokyo au Chili. TAO est sur le point d’achever l’imageur et le spectrographe dans l’infrarouge moyen MIMIZUKU, qui a une résolution spatiale comparable à celle de l’instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) du JWST.

À l’aide de cet instrument, l’équipe a l’intention de surveiller en continu diverses étoiles AGB pendant de nombreuses années. Aux côtés de Webb et d’autres observatoires IR de nouvelle génération, ces études révéleront beaucoup sur les aspects invisibles de notre Univers.

Lectures complémentaires : Université de Tokyo, Publications de la Société astronomique du Japon

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