Les nébuleuses planétaires sont un phénomène astronomique fascinant, même si le nom est un peu trompeur. Plutôt que d'être associés à des planètes, ces coquilles incandescentes de gaz et de poussière se forment lorsque les étoiles entrent dans les phases finales de leur durée de vie et jettent leurs couches externes. Dans de nombreux cas, ce processus et la structure subséquente de la nébuleuse sont le résultat de l'interaction de l'étoile avec une étoile compagne à proximité.
Récemment, en examinant la nébuleuse planétaire M3-1, une équipe internationale d'astronomes a noté quelque chose d'assez intéressant. Après avoir observé l'étoile centrale de la nébuleuse, qui est en fait un système binaire, ils ont remarqué que la paire avait une période orbitale incroyablement courte - c'est-à-dire que les étoiles tournent l'une autour de l'autre toutes les 3 heures et 5 minutes. Sur la base de ce comportement, la paire est susceptible de fusionner et de déclencher une explosion de nova.
L'équipe, dirigée par David Jones de l'Instituto Astrofisica de Canarias et de l'Université de La Laguna, a rendu compte de ses conclusions dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society: Letters. L'équipe était composée d'autres membres de l'IAC ainsi que de l'Observatoire européen austral (ESO), du Nicolaus Copernicus Astronomical Center (CAMK), de l'Observatoire astronomique sud-africain (SAAO) et de l'Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN).
Pour les besoins de son étude, l'équipe s'est appuyée sur le télescope de nouvelle technologie de l'ESO (ESO-NTT), situé à l'observatoire de La Silla au Chili, pour examiner le M3-1 sur une période de plusieurs années. Cette nébuleuse planétaire est située dans la constellation de Canis Major, à environ 14 000 années-lumière de la Terre. Au cours de ce processus, l'équipe a découvert et étudié les étoiles binaires au centre de la nébuleuse.
Comme Brent Miszalski - chercheur au Southern African Large Telescope et co-auteur de l'étude - l'a indiqué dans un récent communiqué de presse de la Royal Astronomical Society, cette découverte a confirmé ce que de nombreux astronomes soupçonnaient déjà. "Nous savions que M3-1 devait héberger une étoile binaire", a-t-il dit, "nous avons donc commencé à acquérir les observations nécessaires pour le prouver et pour relier les propriétés de la nébuleuse avec l'évolution de l'étoile ou des étoiles qui l'ont formée."
Pendant un certain temps, M3-1 a été considéré comme un candidat ferme pour une étoile centrale binaire en raison de sa structure (qui présente des jets et des filaments proéminents qui indiquent des interactions binaires). Cependant, comme les étoiles sont si proches les unes des autres, elles ne peuvent pas être résolues séparément du sol. En conséquence, les scientifiques ont déduit la présence d'une deuxième étoile de la variation de leur luminosité combinée.
La cause la plus évidente de ces variations serait la façon dont les étoiles s'éclipsent périodiquement, ce qui produirait une baisse marquée de la luminosité. Comme Henri Boffin - un chercheur de l'ESO en Allemagne - l'a expliqué:
«Lorsque nous avons commencé les observations, il était immédiatement clair que le système était binaire. Nous avons vu que l'étoile apparemment unique au centre de la nébuleuse changeait rapidement de luminosité, et nous savions que cela devait être dû à la présence d'une étoile compagnon. »
Cependant, l'équipe a été surprise de constater que la paire avait à ce jour l'une des périodes orbitales les plus courtes (3 heures et 5 minutes) de toutes les étoiles binaires découvertes à l'intérieur d'une nébuleuse. Ils ont en outre conclu que les étoiles sont si proches qu'elles se touchent pratiquement. En conséquence, les deux sont susceptibles de subir une nouvelle éruption à l'avenir, où le matériau est transféré d'une étoile à l'autre, créant une masse critique qui déclenche une violente explosion thermonucléaire.
Comme l'a indiqué Paulina Sowicka, doctorante au Centre astronomique Nicolas Copernic en Pologne:
«Après les différentes campagnes d'observation au Chili, nous avions suffisamment de données pour commencer à comprendre les propriétés des deux étoiles - leurs masses, températures et rayons. C'était une vraie surprise que les deux étoiles soient si proches l'une de l'autre et si grandes qu'elles se touchent presque. Une explosion de nova pourrait survenir dans quelques milliers d'années à partir de maintenant. »
Lorsque les deux étoiles fusionnent et déclenchent une explosion de nova, le système augmentera sa luminosité jusqu'à un million de fois, ce qui éclairera considérablement la nébuleuse environnante et créera un incroyable spectacle de lumière. De plus, la détection de cette paire binaire est également incompatible avec la pensée conventionnelle sur la façon dont les étoiles binaires évoluent dans une nébuleuse planétaire.
Auparavant, les astronomes travaillaient sous l'hypothèse que les étoiles binaires sont bien séparées après la formation d'une nébuleuse planétaire. Fondamentalement, on pensait que ce ne serait que lorsque les gaz de la nébuleuse se seraient développés et dissipés (au point qu'ils ne seraient plus visibles) qu'une paire binaire pourrait recommencer à interagir, conduisant à une fusion et à une explosion de nova.
Mais avec cette dernière observation, cette théorie pourrait être remise en question. Cette étude est également renforcée par une explosion de nova similaire (connue sous le nom de Nova Vul 2007) qui a été observée à l'intérieur d'une nébuleuse planétaire en 2007. Comme l'explique Jone:
«L'événement de 2007 a été particulièrement difficile à expliquer. Au moment où les deux étoiles sont suffisamment proches pour une nova, le matériau de la nébuleuse planétaire aurait dû se dilater et se dissiper tellement qu'il n'est plus visible. Dans les étoiles centrales du M3-1, nous avons trouvé un autre candidat pour une nouvelle éruption similaire dans un avenir relativement proche. "
Pour l'avenir, l'équipe espère mener d'autres études sur le M3-1 et d'autres nébuleuses similaires. Ces observations pourraient donner aux astronomes une meilleure compréhension des processus physiques et des origines de certains des phénomènes les plus puissants de l'Univers. Ceux-ci incluent des variables cataclysmiques (où une étoile siphonne du matériel d'une autre), des novae, et peut-être même des supernovae.
