Webb étonne avec un nouveau regard haute définition sur une étoile explosée

Les objets dans l’espace révèlent différents aspects de leur composition et de leur comportement à différentes longueurs d’onde de lumière. Le reste de la supernova Cassiopée A (Cas A) est l'un des objets les plus étudiés de la Voie Lactée dans tout le spectre des longueurs d'onde. Cependant, il y a encore des secrets cachés dans les restes en lambeaux de la star.

Les dernières nouveautés sont déverrouillées par l'un des outils les plus récents de la boîte à outils des chercheurs, le télescope spatial James Webb, et le récent regard de Webb dans le proche infrarouge a époustouflé les chercheurs.

Comme un ornement rond et brillant prêt à être placé à l'endroit parfait sur un arbre de Noël, le reste de la supernova Cassiopée A (Cas A) brille dans une nouvelle image du télescope spatial James Webb de la NASA.

Dans le cadre des vacances 2023 à la Maison Blanche, la Première Dame des États-Unis, le Dr Jill Biden, a lancé le tout premier calendrier de l'Avent de la Maison Blanche. Pour mettre en valeur la « magie, l'émerveillement et la joie » de la période des fêtes, le Dr Biden et la NASA célèbrent cette nouvelle image de Webb.

Même si tout est lumineux, cette scène n’est pas une nuit silencieuse proverbiale. La vue NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb de Cas A montre cette explosion stellaire à une résolution auparavant inaccessible à ces longueurs d'onde. Cette image haute résolution dévoile des détails complexes de la coque de matière en expansion qui heurte le gaz rejeté par l'étoile avant son explosion.

Cas A est l’un des restes de supernova les mieux étudiés de tout le cosmos. Au fil des années, des observatoires au sol et dans l'espace, notamment l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer, à la retraite, ont rassemblé une image à plusieurs longueurs d'onde du reste de l'objet.

Cependant, les astronomes sont désormais entrés dans une nouvelle ère dans l'étude de Cas A. En avril 2023, le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb a ouvert ce chapitre, révélant des caractéristiques nouvelles et inattendues au sein de la coque interne du reste de la supernova. Beaucoup de ces caractéristiques sont invisibles sur la nouvelle image NIRCam, et les astronomes étudient pourquoi.

“Comme des éclats de verre”

La lumière infrarouge est invisible à nos yeux, c'est pourquoi les processeurs d'images et les scientifiques traduisent ces longueurs d'onde de lumière en couleurs visibles. Dans cette nouvelle image de Cas A, des couleurs ont été attribuées à différents filtres de NIRCam, et chacune de ces couleurs fait allusion à une activité différente se produisant au sein de l'objet.

À première vue, l’image NIRCam peut paraître moins colorée que l’image MIRI. Cependant, cela dépend simplement des longueurs d’onde dans lesquelles le matériau de l’objet émet sa lumière.

Les couleurs les plus visibles dans la dernière image de Webb sont des amas représentés en orange vif et rose clair qui constituent la coque interne du reste de la supernova. La vue extrêmement nette de Webb peut détecter les plus petits nœuds de gaz, composés de soufre, d'oxygène, d'argon et de néon, provenant de l'étoile elle-même.

Ce gaz contient un mélange de poussières et de molécules, qui deviendront éventuellement des composants de nouvelles étoiles et de nouveaux systèmes planétaires. Certains filaments de débris sont trop petits pour être résolus même par Webb, ce qui signifie qu'ils ont un diamètre comparable ou inférieur à 10 milliards de kilomètres (environ 100 unités astronomiques). En comparaison, l’intégralité de Cas A s’étend sur 10 années-lumière, soit 60 000 milliards de milles.

“Grâce à la résolution du NIRCam, nous pouvons maintenant voir comment l'étoile mourante s'est complètement brisée lorsqu'elle a explosé, laissant derrière elle des filaments semblables à de minuscules éclats de verre”, a déclaré Danny Milisavljevic de l'Université Purdue, qui dirige l'équipe de recherche. “C'est vraiment incroyable, après toutes ces années d'étude de Cas A, de pouvoir maintenant résoudre ces détails, qui nous fournissent un aperçu transformationnel de la façon dont cette étoile a explosé.”

Monstre vert caché

Lorsque l’on compare la nouvelle vue proche infrarouge de Webb du Cas A avec la vue infrarouge moyen, sa cavité interne et sa coque la plus externe sont curieusement dépourvues de couleur.

La périphérie de la coque intérieure principale, qui apparaissait en orange foncé et rouge sur l'image MIRI, ressemble maintenant à la fumée d'un feu de camp. Cela marque l'endroit où l'onde de souffle de la supernova s'enfonce dans la matière circumstellaire environnante. La poussière contenue dans le matériau circumstellaire est trop froide pour être détectée directement dans les longueurs d'onde du proche infrarouge, mais s'illumine dans le moyen infrarouge.

Les chercheurs affirment que la couleur blanche est la lumière du rayonnement synchrotron, qui est émise à travers le spectre électromagnétique, y compris le proche infrarouge. Il est généré par des particules chargées se déplaçant à des vitesses extrêmement élevées en spirale autour des lignes de champ magnétique. Le rayonnement synchrotron est également visible dans les coquilles en forme de bulles situées dans la moitié inférieure de la cavité interne.

La boucle de lumière verte dans la cavité centrale du Cas A qui brillait dans l’infrarouge moyen, surnommée le monstre vert par l’équipe de recherche, n’est pas non plus visible dans la vue proche infrarouge. Cette fonctionnalité a été décrite comme « difficile à comprendre » par les chercheurs lors de leur premier examen.

Bien que le « vert » du monstre vert ne soit pas visible dans NIRCam, ce qui reste dans le proche infrarouge dans cette région peut donner un aperçu de cette mystérieuse caractéristique. Les trous circulaires visibles sur l'image MIRI sont légèrement délimités par une émission blanche et violette sur l'image NIRCam : cela représente un gaz ionisé. Les chercheurs pensent que cela est dû aux débris de supernova qui traversent et sculptent le gaz laissé par l’étoile avant son explosion.

Bébé Cas A

Les chercheurs ont également été absolument stupéfaits par une caractéristique fascinante située dans le coin inférieur droit du champ de vision de NIRCam. Ils appellent cette grosse goutte striée Baby Cas A, car elle ressemble à une progéniture de la supernova principale.

Il s'agit d'un écho lumineux, où la lumière de l'explosion ancienne de l'étoile a atteint et réchauffe la poussière lointaine, qui brille en refroidissant. La complexité du motif de poussière et la proximité apparente de Baby Cas A avec Cas A lui-même intriguent particulièrement les chercheurs. En réalité, Baby Cas A est situé à environ 170 années-lumière derrière le reste de la supernova.

Il y a également plusieurs autres échos lumineux plus petits dispersés dans le nouveau portrait de Webb.

Le reste de la supernova Cas A est situé à 11 000 années-lumière dans la constellation de Cassiopée. De notre point de vue, on estime qu'elle a explosé il y a environ 340 ans.