Quelle est cette mystérieuse étoile photographiée par le télescope James-Webb ?

Tout comme le télescope Hubble, le James-Webb (JWST) peut apporter des contributions dans bien des questions d’astrophysique et de cosmologie. Elles ne se limitent pas à l’étude des premières galaxies ou à l’analyse de la composition chimique des atmosphères d’exoplanètes. On sait par exemple que la poussière interstellaire composant environ 1 % des nuages moléculaires denses et froids est un ingrédient clé dans la formation des étoiles et des planètes. Or il se trouve que les divers processus de production de cette poussière ne sont pas encore aussi bien compris que les cosmochimistes et astrophysiciens le voudraient.

C’est pourquoi, pour y voir plus clair, des programmes d’études des systèmes d’étoiles doubles connus sous le nom de binaires Wolf-Rayet (WR) à vents en collision sont déjà en cours avec le JWST. On sait que les systèmes WR 140 et WR 137 sont bien actuellement sous l’œil du télescope spatial James-Webb car ce sont des producteurs de poussière efficaces dans l’Univers local actuel et surtout, pense-t-on, des exemples représentatifs d’autres binaires à vents en collision qui existaient probablement dans les premières galaxies.

Une image prise par le JWST de WR 140 est actuellement sur le devant de la scène. Elle est spectaculaire et elle concerne un système binaire déjà étudié avec le télescope Hubble et qui se trouve à environ 5.600 années-lumière du Système solaire dans la Voie lactée quand on regarde dans la direction de la constellation du Cygne.

La binaire est étudiée depuis des décennies. On sait donc depuis un moment que WR 140 est une étoile double massive comprenant une étoile Wolf-Rayet de type WC7 et une étoile O5, probablement une supergéante bleue. Les deux étoiles soufflent des vents stellaires rapides (environ 3.000 km/s) sous l’effet de la pression de radiation produite par des luminosités de 10³ à 10⁴ fois celle du Soleil. Ce qui entraîne donc des pertes de masse significative, environ 10^-5 et 10^-6 masses solaires/an.

Des bulles géantes de poussières

L’image en fausses couleurs du JWST, car prise dans l’infrarouge, exhibe les huit branches produites par le phénomène de diffraction avec les miroirs du télescope (voir sur ce phénomène, l’ouvrage culte sur l’optique de Eugene Hecht). C’est donc un artefact, mais ce n’est pas le cas de la série d’arcs de cercle entourant la binaire centrale sur l’image.

Il s’agit de coquilles de gaz qui apparaissent comme des anneaux parce que les bords de ces coquilles, qui ne sont pas perpendiculaires à la vue de l’observateur, représentent le rayonnement de « colonnes » de matière plus épaisse sur la ligne de visée.

L’existence de ces coquilles n’est pas mystérieuse et on comprend comment elles sont produites périodiquement tous les 7,94 ans environ. Environ 20 anneaux sont visibles et, selon les astrophysiciens, le plus jeune est né en 2016. Mais comment le savent-ils ?

La détermination des paramètres orbitaux des étoiles de WR 140 montre qu’elles sont sur des orbites respectives assez excentriques, de sorte qu’elles se rapprochent de façon conséquente en atteignant pour l’une d’elles son périastre (la distance la plus courte les séparant) environ tous les 7,94 ans justement.

La collision entre les vents stellaires produits par les deux astres est assez violente à ce moment-là, et naît alors une bulle de matière en expansion qui en se refroidissant va faire se condenser des poussières. Ce sont ces poussières qui chauffées par le rayonnement ultraviolet des deux jeunes étoiles massives vont se refroidir ensuite en rayonnant dans l’infrarouge, révélant au regard du JWST les coquilles en expansion. On peut ainsi voir des sortes de strates témoignant de l’histoire passée pendant 160 ans environ de la binaire.