NGC 2392 – Une fin luminescente

25 mars, 23h. Crayon à la main et œil à l’oculaire, j’essaie de vous représenter le plus fidèlement possible cette petite boule pâle, perdue dans la constellation des Gémeaux. Son nom, c’est NGC 2392, ou plus poétiquement la nébuleuse de l’Esquimau. Sous cet angle, elle paraît bien morne face aux plus beaux clichés qu’en a donné Hubble. L’œil ne peut pas rivaliser avec les longs temps de pause des capteurs photo, mais les détails intéressants sont là. À mesure qu’il s’habitue à l’obscurité, on voit un centre brillant entouré d’une coquille plus légère. Cachée dans la nébulosité centrale, une étoile devient évidente à force de coups d’œil. Enfin, ça n’en est plus vraiment une, c’est plutôt son cadavre. La nébuleuse l’entourant donne une idée des évènements bouleversants qui ont pu se produire…

Vous le savez sans doute. Comme toutes les étoiles, notre Soleil n’aura pas une vie éternelle. Tôt où tard, son combustible viendra à manquer, provoquant une succession d’évènements qui aboutiront à ce que vous avez sous les yeux : la formation d’une nébuleuse planétaire. Elle entoure ce qui fut le cœur de l’étoile, devenu ce fameux cadavre qu’on appelle une naine blanche. La nébuleuse de l’Esquimau est un magnifique moyen de voir à quoi pourrait ressembler notre Soleil dans une dizaine de milliards d’années.


La même nébuleuse de l’Esquimau vue par les télescopes Hubble et Chandra. Son nom vient de sa ressemblance avec une tête emmitouflée dans sa capuche.

Pour comprendre comment un tel joyau a pu se former, remontons un peu le temps, à l’époque où se tenait à sa place une étoile rayonnante de vie, similaire dans sa masse à notre bon vieux Soleil. Au cœur de cette vaste boule d’hydrogène gazeux, la température atteint une dizaine de millions de degrés Celsius ! Cette température va lui permettre de jouer un rôle essentiel dans l’univers : vous avez face à vous l’un des plus grands réacteurs nucléaires qui existe… Mais il est un peu particulier. Contrairement à nos centrales nucléaires à fission, où on casse des gros noyaux d’atomes en de plus petits pour produire de l’énergie, il s’agit d’un réacteur à fusion. La pression et la température, immenses au cœur de l’étoile, font que des noyaux peuvent s’y rapprocher et fusionner pour en former de plus lourds.

Ainsi, pendant près de 90% de son existence, l’étoile fusionne de l’hydrogène, l’élément le plus simple de l’univers – 1 proton – pour former de l’hélium 4 – 2 protons + 2 neutrons. Les étoiles sont les fabriques d’éléments de l’univers. Si ça c’est pas vertigineux ! Tout de mes cheveux non peignés ce matin par flemme au plus mignon des chatons, de votre écran sur lequel vous lisez ces lignes… Tout ce beau monde est composé d’atomes qui ont été créés dans les plus grandes forges de l’univers.

Durant la majeure partie de leur vie, les étoiles fusionnent l’hydrogène en hélium 4 (Crédits : adapté de Borb).

En plus de former de nouveaux éléments, les réactions de fusion libèrent aussi beaucoup d’énergie, sous forme de lumière. Cette dernière garde l’étoile bien au chaud, et les forces de pression qu’elle engendre s’opposent à la propre gravité de l’étoile, qui a tendance à la faire s’effondrer sur elle-même. Tout y est équilibré : l’étoile n’implose pas, et n’explose pas.

Une étoile est stable grâce aux forces de pression produites par la fusion, qui équilibrent exactement la force de gravité (Crédits : adapté de Paul Stewart).

Mais voilà, le temps passe. L’étoile se fait maintenant vieille, et l’équilibre va bientôt se rompre. Le cœur de l’étoile est de plus en plus riche en hélium. La pénurie d’hydrogène se fait sentir : les réactions de fusion vont tout simplement diminuer. Plus rien n’empêche la gravité de dominer les forces de pression. Alors l’étoile se contracte, et donc le cœur est comprimé. Et vous pouvez demander à tous les utilisateurs de pompe à vélo : si la pression augmente, la température augmente !

Cette augmentation de température est telle qu’une fine couche d’hydrogène autour du cœur parvient à fusionner en hélium. Les forces de pression engendrées sont si puissantes qu’elle surpassent la gravité : les couches extérieures de l’étoile se mettent à enfler. L’étoile a maintenant un volume astronomique : elle est devenue ce qu’on appelle une géante rouge.

Dans le cœur, la température est maintenant assez élevée pour qu’une nouvelle réaction de fusion débute. Les noyaux d’hélium 4 se combinent par trois pour former des noyaux de carbone 12 – 6 protons + 6 neutrons.

En fin de vie, les étoiles commencent à fusionner l’hélium 4 en carbone 12 (Crédits : adapté de Borb).

Puis ce sera au tour de l’hélium de venir à manquer, dans un cœur maintenant riche en carbone. L’étoile se recontracte et la température augmente à nouveau. Cela crée une couche d’hélium en fusion autour du cœur de carbone, elle même entourée d’une couche d’hydrogène en fusion. L’énergie libérée par ces couches « en pelure d’oignon » fait renfler l’étoile… Et le cycle de fusion d’éléments de plus en plus lourds peut éventuellement recommencer. Mais quoi qu’il arrive, l’étoile arrive doucement à son emballement.

En effet, elle est beaucoup trop légère. Elle n’arrivera jamais à atteindre une température suffisante pour fusionner des éléments plus lourds. Les forces de pression arrivent tout de même à souffler les couches de gaz externes de l’étoile. Elles voguent dans l’espace, emportées par les vents stellaires jusqu’à quelques années-lumière de là. Le cœur, pas plus gros que notre modeste planète, a été comprimé de façon inimaginable. Il est devenu ce qu’on appelle une naine blanche. Plus aucune réaction de fusion n’y a lieu. Ce cadavre d’étoile, dense d’une tonne par centimètre-cube, rayonne sous forme de lumière toute l’énergie qu’il a acquise et va ainsi se refroidir lentement.

Or, il s’avère qu’une naine blanche produit beaucoup de rayons ultraviolets, très énergétiques. Tellement énergétiques qu’à la manière de la bonne vieille décharge électrique d’un tube néon, ils vont exciter les atomes des couches externes, auparavant  soufflées par l’étoile mourante. En se désexcitant naturellement, ils dissipent cette énergie en émettant leur propre lumière, dont la couleur dépend de la nature du gaz en question. La nébuleuse planétaire est née.

Profitez de la chance que vous avez pour la contempler : d’ici à une dizaine de milliers d’années – un temps très court à l’échelle des étoiles – la naine blanche aura trop refroidi pour rayonner assez d’ultraviolets. Et la nébuleuse planétaire s’effacera à jamais de la vue de tous les curieux du ciel, où qu’ils soient dans la galaxie.


Quelques détails sur le dessin

NGC 2392 – La nébuleuse de l’Esquimau

Le 25 mars 2020, 21h40 – 22h15 TU
à Camon (80)

Dessin au graphite sur papier blanc. Numérisé, passé en négatif et traité sous Photoshop

Instrument : Newton 200/1200 mm Monture Dobson
Oculaires utilisés : ES 82° 6,7mm (179x) & 4,7 mm (250x)
Un filtre OIII a permis de mieux faire ressortir la coquille extérieure

Seeing : Bon
Transparence : Médiocre

Sources

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