La nébuleuse du Boomerang, une nébuleuse proto-planétaire créée par une étoile géante rouge mourante (située à environ 5000 années-lumière de la Terre), est un mystère fascinant pour les astronomes depuis 1995. C'était à cette époque, grâce à une équipe utilisant le télescope submillimétrique suédois ESO (SESTI) de 15 mètres maintenant désaffecté au Chili, que cette nébuleuse est devenue l’objet le plus froid de l’univers connu.
Et maintenant, plus de 20 ans plus tard, nous savons peut-être pourquoi. Selon une équipe d'astronomes qui a utilisé le réseau Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - situé dans le désert d'Atacama au nord du Chili - la réponse pourrait impliquer une petite étoile compagnon plongeant dans la géante rouge. Ce processus aurait pu éjecter la majeure partie de la matière de la plus grande étoile, créant un écoulement ultra-froid de gaz et de poussière dans le processus.
Les résultats de l’équipe sont apparus dans un article intitulé «L’endroit le plus froid de l’univers: sonder le flux ultra-froid et le disque poussiéreux dans la nébuleuse du Boomerang», qui a récemment été publié dans Journal astrophysique. Dirigés par Raghvendra Sahai, astronome au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, ils soutiennent que l'expansion rapide de ce gaz est ce qui l'a rendu si froid.
Découvert à l'origine en 1980 par une équipe d'astronomes utilisant le télescope anglo-australien au Siding Spring Observatory, le mystère de cette nébuleuse est devenu apparent lorsque les astronomes ont remarqué qu'elle semblait absorber la lumière du fond cosmique des micro-ondes (CMB). Ce rayonnement de fond, qui est l'énergie résiduelle du Big Bang, fournit la température de fond naturelle de l'espace - 2,725 K (–270,4 ° C; -454,7 ° F).
Pour que la nébuleuse du Boomerang absorbe ce rayonnement, il devait être encore plus froid que le CMB. Des observations ultérieures ont révélé que c'était en fait le cas, car la nébuleuse a une température inférieure à un demi-degré K (-272,5 ° C; -458,5 ° F). La raison en est, selon une étude récente, liée au nuage de gaz qui s'étend de l'étoile centrale à une distance de 21 000 UA (21 000 fois la distance entre la Terre et le Soleil).
Le nuage de gaz - qui est le résultat d'un jet qui est tiré par l'étoile centrale - se développe à un rythme environ 10 fois plus rapide que ce qu'une seule étoile pourrait produire seule. Après avoir effectué des mesures avec l'ALMA qui ont révélé des régions de l'écoulement qui n'avaient jamais été vues auparavant (jusqu'à une distance d'environ 120 000 UA), l'équipe a conclu que c'est ce qui pousse les températures à des niveaux inférieurs à ceux du rayonnement de fond
Ils soutiennent en outre que cela était le résultat de la collision de l'étoile centrale avec un compagnon binaire dans le passé, et ont même pu en déduire à quoi ressemblait le primaire avant que cela ne se produise. La principale, disent-ils, était une branche de la branche géante rouge (RVB) ou une étoile du début du RVB - c'est-à-dire une étoile dans la phase finale de son cycle de vie - dont l'expansion a entraîné son compagnon binaire par sa gravité.
L'étoile compagne aurait finalement fusionné avec son noyau, ce qui a provoqué le début de la sortie de gaz. Comme l'explique Raghvendra Sahai dans un communiqué de presse de l'ORANO:
«Ces nouvelles données nous montrent que la majeure partie de l'enveloppe stellaire de l'étoile géante rouge massive a été projetée dans l'espace à des vitesses bien au-delà des capacités d'une seule étoile géante rouge. La seule façon d'éjecter autant de masse et à des vitesses aussi extrêmes est de l'énergie gravitationnelle de deux étoiles en interaction, ce qui expliquerait les propriétés déroutantes de l'écoulement ultra-froid. »
Ces découvertes ont été rendues possibles grâce à la capacité de l'ALMA à fournir des mesures précises sur l'étendue, l'âge, la masse et l'énergie cinétique de la nébuleuse. De plus, en plus de mesurer le taux de sortie, ils ont constaté que cela avait lieu depuis environ 1050 à 1925 ans. Les résultats indiquent également que les jours de la nébuleuse du Boomerang en tant qu’objet le plus froid de l’univers connu peuvent être comptés.
À l'avenir, l'étoile géante rouge au centre devrait continuer de devenir une nébuleuse planétaire - où les étoiles perdent leurs couches externes pour former une coquille de gaz en expansion. À cet égard, il devrait rétrécir et devenir plus chaud, ce qui réchauffera la nébuleuse autour d'elle et la rendra plus lumineuse.
Comme l'a déclaré Lars-Åke Nyman, astronome à l'Observatoire conjoint ALMA de Santiago du Chili et co-auteur du document:
«Nous voyons cet objet remarquable à une période très spéciale et très courte de sa vie. Il est possible que ces congélateurs super cosmiques soient assez courants dans l'univers, mais ils ne peuvent maintenir de telles températures extrêmes que pendant une durée relativement courte. "
Ces découvertes pourraient également fournir de nouvelles perspectives sur un autre mystère cosmologique, à savoir le comportement des étoiles géantes et de leurs compagnons. Lorsque la plus grande étoile de ces systèmes existe dans sa phase de séquence principale, elle peut consommer son petit compagnon et devenir de la même façon un «congélateur cosmique». C'est là que réside la valeur d'objets comme la nébuleuse de Boomerang, qui remet en question les idées conventionnelles sur les interactions des systèmes binaires.
Il démontre également la valeur des instruments des prochaines générations comme ALMA. Compte tenu de leurs capacités optiques supérieures et de leur capacité à obtenir plus d'informations à haute résolution, ils peuvent nous montrer des choses inédites sur notre univers, qui ne peuvent que remettre en question nos idées préconçues sur ce qui est possible là-bas.
