Un degré au-dessus du zéro absolu. C’est la température relevée dans la nébuleuse du Boomerang, un nuage de gaz situé à 5 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Centaure. À 1 Kelvin, ou -458°F (-272°C), il est colder than the average temperature of space itself. Un paradoxe qui a longtemps intrigué les astronomes : comment un objet peut-il être plus froid que le vide spatial qui l’entoure ? La réponse tient en un mot, adiabatique, et en une histoire stellaire d’une violence peu commune.
À retenir
- Un nuage de gaz situé à 5 000 années-lumière s’avère plus froid que le vide spatial qui l’entoure
- Une étoile mourante libère de la matière à une vitesse record, créant un refroidissement spectaculaire
- Les chercheurs soupçonnent maintenant une collision stellaire violente à l’origine de ce froid extrême
Un froid qui défie le rayonnement fossile du Big Bang
L’univers n’est jamais complètement vide. Il baigne dans un rayonnement fossile, vestige du Big Bang, qui maintient une température de fond incompressible. Notre univers est empli d’une faible lueur résiduelle du Big Bang connue sous le nom de fond diffus cosmologique, un phénomène qui maintient la température moyenne de l’espace à -454°F (-270°C). En théorie, rien ne devrait descendre plus bas. Sauf la nébuleuse du Boomerang.
Découverte en 1980 par les astronomes Keith Taylor et Mike Scarrott, cette nébuleuse n’a livré son secret le plus étonnant qu’une quinzaine d’années plus tard. Lorsqu’en 1995 des astronomes ont observé la nébuleuse du Boomerang pour la première fois, ils ont constaté un phénomène étrange : c’est le seul objet de l’univers connu qui absorbe de la lumière du fond diffus cosmologique. Pour absorber ce rayonnement au lieu de le réémettre, il fallait que le nuage soit lui-même plus froid que la source. Une anomalie qui a mis des décennies à trouver une explication solide.
Une étoile mourante qui souffle plus fort que la normale
Au cœur de ce nuage glacé agonise une étoile, engagée dans la phase la plus spectaculaire de sa vie. Le Boomerang nebula est considéré comme une nébuleuse protoplanétaire, une phase de transition dans la vie d’une étoile mourante qui se situe entre le stade de géante rouge gonflée et la nébuleuse planétaire finale. Cette étoile ne s’éteint pas en douceur. Elle éjecte sa matière à une vitesse hallucinante, de l’ordre de 500 000 km/h (about 300,000 mph), un souffle stellaire qui ferait passer n’importe quelle tempête terrestre pour une brise légère.
C’est précisément cette vitesse d’éjection qui produit le froid extrême. Le mécanisme ressemble, à une échelle vertigineuse, à celui d’une bombe aérosol qu’on libère d’un coup : le gaz qui se détend brutalement se refroidit. Comme le gaz qui s’échappe d’une bombe aérosol se refroidit en se détendant dans le vide. Les astrophysiciens appellent ce phénomène l’expansion adiabatique. Une géante rouge mourante éjecte du gaz à des vitesses extrêmement élevées. Alors que ce gaz se dilate rapidement, il subit une expansion adiabatique, ce qui fait chuter sa température de manière spectaculaire. Aucun échange de chaleur avec l’extérieur, juste une détente si rapide et si intense qu’elle absorbe sa propre énergie thermique.
Ce qui distingue le Boomerang des autres nébuleuses en formation, c’est l’échelle du phénomène. En seulement 1 500 ans, la nébuleuse a perdu près d’une fois et demie la masse de notre Soleil, un taux exceptionnellement élevé, une quantité de matière qui, rassemblée, dépasserait le poids cumulé de toutes les planètes du système solaire plusieurs fois. Un chiffre qui donne le vertige : imaginez évacuer, en l’espace de quelques siècles seulement, une masse capable d’écraser Jupiter, Saturne et leurs voisines réunies.
Les observations menées avec le radiotélescope ALMA, au Chili, ont permis d’affiner ce tableau. La raison de ce phénomène, selon l’étude récente, tient au nuage de gaz qui s’étend de l’étoile centrale jusqu’à une distance de 21 000 UA, un nuage de gaz qui se dilate à une vitesse environ dix fois supérieure à ce qu’une seule étoile pourrait produire. Dix fois plus vite qu’attendu : voilà ce qui a longtemps intrigué les chercheurs, et qui pointe vers un scénario plus violent qu’une simple perte de masse ordinaire.
Le scénario d’une collision stellaire
D’où vient cette énergie surnuméraire ? La piste la plus solide aujourd’hui évoque une deuxième étoile, aspirée par la géante centrale au moment où celle-ci gonflait. Certains astronomes pensent qu’une seconde étoile orbitait autrefois autour de l’étoile mourante au centre de la nébuleuse, et qu’une fois l’étoile plus grande dilatée, la plus petite a été absorbée, cette interaction ayant pu libérer suffisamment d’énergie pour alimenter la nébuleuse. ce ne serait pas une mort stellaire ordinaire, mais un engloutissement, une fusion brutale qui aurait propulsé le gaz bien au-delà de ce qu’une étoile seule aurait pu produire.
Cette hypothèse, encore débattue, expliquerait pourquoi la structure interne de la nébuleuse est si particulière. Les cartes réalisées par ALMA ont permis de résoudre un flux rapide et massif intégré dans une enveloppe qui s’étend plus lentement, une structure qui suggère que l’étoile centrale a connu un épisode de perte de masse intense et relativement bref, à l’origine de cette région ultra-froide. Un dernier sursaut d’énergie, en somme, avant l’extinction.
Un record qui ne durera pas éternellement
Le plus étonnant, peut-être, c’est que ce titre de recordman du froid a une date de péremption. Le géante rouge en son centre devrait poursuivre son évolution vers une nébuleuse planétaire, où les étoiles se dépouillent de leurs couches externes pour former une coquille de gaz en expansion, et devrait à cet égard se contracter et se réchauffer, ce qui réchauffera la nébuleuse alentour et la rendra plus brillante. Le Boomerang n’est donc pas figé dans le froid : il traverse une fenêtre exceptionnellement brève de son existence, où le rythme d’éjection dépasse encore sa capacité à se réchauffer par rayonnement.
Les chercheurs de l’Observatoire commun ALMA, qui ont participé à ces travaux, insistent sur ce caractère fugace du phénomène. « Nous voyons cet objet remarquable à une période très spécifique et très courte de sa vie », résume l’un des scientifiques impliqués. Et cette fenêtre temporelle ouvre une piste de recherche inattendue : si un tel mécanisme a pu produire l’objet le plus froid connu de l’univers, rien n’exclut que d’autres nébuleuses, ailleurs dans la galaxie, traversent en ce moment même une phase similaire, sans que personne ne les ait encore repérées.
Source : sciencepost.fr