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NEBULEUSES NURSERIE D'ETOILES
Objectifs de cette page
• Comprendre la nature et la composition des nébuleuses.
• Identifier les différents types et leurs caractéristiques.
• Expliquer leur rôle dans le cycle de vie des étoiles et la formation des systèmes planétaires.
• Relier l’étude des nébuleuses à la formation du Système solaire.
• Expliquer leur rôle dans le cycle de vie des étoiles et la formation des systèmes planétaires.
• Relier l’étude des nébuleuses à la formation du Système solaire.
Introduction
" Une nébuleuse (du latin nebula, nuage) désigne, en astronomie, un objet céleste.
Les nébuleuses peuvent former des systèmes d'étoiles en s'effondrant sous l'effet de la gravitation. Ainsi, le système solaire s'est formé à partir d’une nébuleuse solaire.
Ce scénario a été évoqué pour la première fois au cours de la seconde moitié du XVIIIe siècle par Kant et Laplace. "
Les nébuleuses sont des nuages interstellaires composés principalement de gaz (hydrogène, hélium) et de poussières. Elles se trouvent dans le milieu interstellaire et jouent un rôle essentiel dans la formation des étoiles et des systèmes planétaires.
Historiquement, le terme « nébuleuse » désignait tout objet céleste diffus, y compris les galaxies. Ce n’est qu’au XXe siècle, grâce aux travaux d’Edwin Hubble, que la distinction entre galaxies et nébuleuses a été établie.
Importance : Les nébuleuses sont des laboratoires naturels pour comprendre la chimie et la physique de l’Univers.
Composition et propriétés physiques
-
Gaz : principalement hydrogène (H₂), hélium, et traces d’éléments lourds ? Carbone, Azote, Oxygène, (C, N, O).
-
Poussières : grains de silicates et de carbone.
-
Densité : extrêmement faible (quelques centaines à millions de particules/cm³).
-
Température : varie de 10 K (nuages moléculaires) à 10 000 K (nébuleuses ionisées).
-
Dimensions : de quelques années-lumière à plusieurs centaines.
-
Interaction avec la lumière :
Ionisation par rayonnement UV des étoiles jeunes → émission de lumière (nébuleuses en émission). -
Diffusion et absorption → nébuleuses en réflexion ou obscures.
Classification des nébuleuses
1. Nébuleuses diffuses
- En émission : gaz ionisé émettant des raies caractéristiques (ex. Nébuleuse d’Orion).
- En réflexion : poussières réfléchissant la lumière des étoiles proches.
2. Nébuleuses obscures
- Nuages denses bloquant la lumière des étoiles situées derrière (ex. Tête de Cheval).
3. Nébuleuses planétaires
- Enveloppes gazeuses éjectées par des étoiles en fin de vie (ex. Nébuleuse annulaire).
4. Restes de supernova
- Résidus d’explosions stellaires (ex. Nébuleuse du Crabe).
Types de nébuleuses
Nébuleuses planétaires
Située à 650 années-lumière, la nébuleuse de l'Hélice (NGC 7293) figure parmi les nébuleuses planétaires les plus proches de la Terre.
Ces nébuleuses en émission marquent la dernière étape de la vie d'étoiles de faible masse, préfigurant ainsi le destin du Soleil. Bien qu'elles soient généralement petites, rondes et brillantes, elles furent longtemps confondues avec des planètes, d'où leur appellation. Cependant, les astronomes ont établi qu'elles ne sont nullement liées aux planètes. Lorsqu'une étoile modeste (moins de huit fois la masse solaire) atteint la fin de son cycle en consommant son hydrogène puis son hélium, son cœur s'effondre pour former une naine blanche, tandis que ses couches externes sont expulsées par la pression de radiation. Ces gaz s'étendent autour de l'étoile à une vitesse de 20 à 30 km/s, formant un nuage de matière ionisé par le rayonnement ultraviolet de l'étoile devenue très chaude. Ces nébuleuses jouent un rôle fondamental dans l'enrichissement chimique de l'Univers, transformant l'hydrogène primordial en éléments plus lourds qu'elles dispersent ensuite dans l'espace interstellaire.
La première nébuleuse planétaire identifiée fut la nébuleuse de l'Haltère, observée dans la constellation du Petit Renard par Charles Messier en 1764. Fascinantes par leurs évolutions rapides et leurs couleurs éclatantes, elles figurent régulièrement parmi les images astronomiques les plus impressionnantes.
Rémanents de supernova
Un exemple emblématique de rémanent de supernova est la nébuleuse du Crabe, vestige spectaculaire d'une explosion stellaire observée en 1054. Ces nébuleuses en émission, souvent vastes et dotées d'une structure filamenteuse intrigante rappelant une dentelle, résultent des explosions violentes d'étoiles massives. Deux mécanismes principaux peuvent conduire à une supernova : - Une étoile massive cesse de produire de l'énergie depuis son cœur et s'effondre sous sa propre gravité. Ce phénomène donne lieu à une supernova à effondrement de cœur. Dans ce cas, l'étoile massive, initialement au-delà de 8 masses solaires, laisse un résidu compact d'environ 1,5 masse solaire. - Une naine blanche accumule suffisamment de matière provenant d'une étoile voisine ou entre en collision avec celle-ci, atteignant alors une masse critique qui déclenche une explosion thermonucléaire. Ce processus porte le nom de supernova thermonucléaire. Lorsque la matière est acquise par accrétion plutôt que par collision, l'étoile compagnon peut survivre à l'explosion. À noter que ce type d'explosion ne laisse généralement aucun résidu compact. La première supernova enregistrée après l'invention du télescope fut observée en 1885 dans la galaxie d'Andromède (SN 1885A).
Bulles de Wolf-Rayet
Ces structures gazeuses, semblables aux rémanents de supernova, se forment suite à l'expulsion progressive des couches externes d'étoiles extrêmement massives et chaudes. Les étoiles Wolf-Rayet comptent parmi les objets stellaires les plus imposants connus. Les exemples notables incluent la nébuleuse du Croissant (NGC 6888) et celle du Casque de Thor (NGC 2359).
Régions HII
Les régions HII sont des nébuleuses en émission résultant de l'excitation d'un nuage d'hydrogène par le rayonnement intense d'étoiles jeunes ou en formation. Elles sont souvent associées à des amas ouverts.
Nébuleuses par réflexion
Ces nébuleuses possèdent des caractéristiques similaires aux nébuleuses obscures mais se distinguent par leur capacité à réfléchir partiellement la lumière d'étoiles proches.
Nébuleuses obscures
Parmi les plus célèbres, on trouve la nébuleuse de la Tête de Cheval. Composées principalement de poussières et de gaz inerte, ces nébuleuses absorbent partiellement la lumière incidente, masquant ainsi les objets situés derrière elles. Elles se détectent souvent par le contraste qu'elles offrent sur un champ d'étoiles ou une autre nébuleuse lumineuse visible.
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Rôle dans l’évolution stellaire
Les nébuleuses sont des pouponnières stellaires :
- Les nuages moléculaires géants s’effondrent sous l’effet de la gravité → formation de protoétoiles.
- Les étoiles massives enrichissent le milieu interstellaire en éléments lourds lors de leur mort (supernovae).
Cycle de la matière :
- Les nébuleuses recyclent les éléments chimiques, favorisant la formation de nouvelles générations d’étoiles et de planètes.
Nébuleuses et Sciences de la Terre
- Notre Système solaire est né d’une nébuleuse primitive il y a 4,56 milliards d’années.
- Les éléments chimiques nécessaires à la vie carbone, azote, oxygène, (C, N, O) proviennent des générations précédentes d’étoiles et ont transité par des nébuleuses.
Observation et étude des nébuleuses
- Instruments : télescopes optiques (Hubble), radio (ALMA), infrarouge (JWST).
- Techniques : spectroscopie pour analyser la composition chimique, imagerie haute résolution pour cartographier les structures.
- Découvertes récentes : rôle des champs magnétiques et des turbulences dans la formation stellaire.
Observation et étude des nébuleuses
- Instruments : télescopes optiques (Hubble), radio (ALMA), infrarouge (JWST).
- Techniques : spectroscopie pour analyser la composition chimique, imagerie haute résolution pour cartographier les structures.
- Découvertes récentes : rôle des champs magnétiques et des turbulences dans la formation stellaire.
Image composite d'Huble et Spitzer.
Une parmi tant d'autres
MGC - 1976 / M 42 Orion
Un beau survol
Cette magnifique animation a été créée par des équipes du STScI et du Caltech à l’aide d’images capturées par le télescope spatial Hubble (principalement dans le domaine visible) et le télescope spatial Spitzer (uniquement en infrarouge). Elle inclut également des données obtenues au sol dans la bande des ondes millimétriques.
En fusionnant les fonctionnalités optiques visibles, millimétriques, submillimétriques et infrarouges des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer, les astronomes et les spécialistes de la visualisation de l’univers, du programme d’apprentissage de la NASA, ont réalisé une représentation saisissante en trois dimensions de la magnifique nébuleuse d’Orion, un berceau d’étoiles en gestation.
Grâce aux données scientifiques réelles et aux effets spéciaux cinématographiques hollywoodiens, une équipe de chercheurs de l’Institut scientifique du télescope spatial de Baltimore, Maryland, et du Caltech/IAPC de Pasadena, en Californie, ont réalisé une simulation inédite : un survol à vitesse supersonique de la célèbre nébuleuse d’Orion. Cette représentation, qui combine plusieurs longueurs d’onde, offre une résolution sans précédent.
A 1350 années-lumière, la Grande Nébuleuse d’Orion, Messier 42 (pour les amateurs) ou NGC 1976 (New General Catalog) a été découverte par Nicolas-Claude Fabri de Peiresc, en 1610, qui remarqua le premier son aspect nébuleux. Longtemps avant, elle avait été remarquée par Ptolémée, Tycho Brahe et Johann Bayer qui la voyaient comme une étoile plus grosse. Appelée "nuage d’Orion", elle s’étend sur 33 années-lumière. La température au cœur de M42 est de 2 000 000°C. Elle se situe au centre de la constellation d’Orion, où l’on peut aussi observer Messier 43, Messier 78, IC 431, surnommé la Tête de cheval, et l’amas du « Trapèze », composé d’étoiles très jeunes et très chaudes, âgées de seulement 25 000 ans.
COMMENT TROUVER ORION DANS LE CIEL ?
Orion se voit immédiatement dans le ciel d’hiver.
Cherchez un alignement serré de trois étoiles : c’est la ceinture d’Orion. De part et d’autre, deux étoiles bien brillantes. L’une peut paraître légèrement bleutée - Rigel -, l’autre orangée - Bételgeuse.
Reproduction partielle d'un manuscrit de Peiresc conservé à la Bibliothèque Inguimbertine et montrant la première annonce de la découverte de la nébuleuse d'Orion faite par Peiresc le 26 novembre 1610.
In Orione media ........ Ex duabus stellis composita nebu nubeculam quarundam illuminatam prima fronte referebat coelo, non omnino sereno.....
Photo d'une page des manuscrits de N.-C. de Peiresc ; photo réalisée et recadrée par Malburet.
Traduction du Latin : Dans la ceinture d'Orion... Composée de deux étoiles, la nébuleuse ressemblait à un petit nuage lumineux à l'horizon, dans un ciel qui n'était pas tout à fait dégagé...