La poussière d’étoiles contient les ingrédients de la vie, mais comment voyagent-ils vraiment ?

Une voisine cosmique remet en cause nos certitudes

On entend souvent dire que nous sommes faits de poussière d’étoiles, n’est-ce pas ? C’est une pensée assez poétique, mais techniquement, c’est aussi une réalité chimique. Pourtant, la manière dont ces ingrédients vitaux voyagent des étoiles mourantes vers le cosmos restait, disons, un peu floue. Pendant des décennies, les scientifiques pensaient avoir compris le truc : la poussière aiderait les étoiles vieillissantes à pousser leur gaz dans l’espace. C’était la théorie dominante. Mais voilà qu’une étoile proche vient bousculer tout ça.

Les astronomes se sont penchés très sérieusement sur la matière qui s’écoule de R Doradus. C’est une étoile semblable au Soleil, mais qui traverse sa phase de « branche géante asymptotique », une sorte de fin de vie stellaire assez agitée. Pourquoi celle-ci en particulier ? Eh bien, peu d’étoiles à ce stade sont assez proches pour qu’on puisse les scruter avec autant de précision. Quand je dis « proche », tout est relatif bien sûr : R Doradus se trouve à 180 années-lumière de nous. Pour vous donner une idée du vertige, cela représente environ 1,1 quadrillion de miles (soit des millions de milliards de kilomètres). C’est la porte à côté, à l’échelle de l’univers.

C’est Theo Khouri, un astronome de l’Université de technologie de Chalmers à Göteborg, qui a dirigé ces travaux. Son équipe cherche à comprendre comment ces vieilles étoiles expulsent leur gaz, cette matière précieuse qui deviendra plus tard la matière première, le « feedstock » comme on dit, pour de nouvelles planètes. Et croyez-moi, ce qu’ils ont trouvé remet pas mal de choses en perspective.

Le vent stellaire et l’énigme de la pression de radiation

Pourquoi est-ce si important, au fond ? Eh bien, les étoiles géantes perdent de la masse via ce qu’on appelle le vent stellaire. C’est un flux constant de gaz qui quitte l’étoile bien avant qu’elle ne s’éteigne complètement. Ce flux, c’est un peu le grand déménageur de l’univers : il transporte le carbone, l’oxygène et l’azote vers l’extérieur. Plus tard, d’autres étoiles et planètes réutiliseront ces atomes. C’est du recyclage cosmique.

Le problème, c’est que si les astronomes se trompent sur ce qui déclenche ce vent, ils se trompent aussi sur la vitesse à laquelle les galaxies s’enrichissent chimiquement. Pendant des décennies, la plupart des modèles supposaient que la pression de radiation faisait tout le boulot. En gros, la force de la lumière poussant sur la matière bousculerait la poussière naissante vers l’extérieur. L’idée était simple : à mesure que les grains accélèrent, ils entrent en collision avec le gaz voisin et l’entraînent avec eux, créant ainsi un vent plus large.

Cette image fonctionne plutôt bien pour certaines étoiles riches en carbone, c’est vrai. Mais pour les géantes riches en oxygène comme notre amie R Doradus ? Là, ça a toujours été beaucoup plus difficile à expliquer. C’est comme si le puzzle ne s’emboîtait pas tout à fait.

Une observation minutieuse qui change la donne

Pour y voir plus clair, l’équipe a dû ruser. Ils ont utilisé de la lumière polarisée — des ondes lumineuses alignées dans une seule direction — pour réussir à isoler la faible poussière située tout près de l’étoile. Tout remonte à novembre 2017, lorsque les experts ont observé cette poussière en couleurs visibles avec l’instrument SPHERE, monté sur le Très Grand Télescope (VLT) à Paranal, au Chili. Un sacré équipement.

Les années qui ont suivi n’ont pas été de tout repos. Ils ont passé ce temps à analyser les données et, surtout, à vérifier si elles soutenaient vraiment les théories de longue date. Cette technique permet de séparer la lumière des étoiles diffusée de l’éblouissement général, ce qui permet aux chercheurs de mesurer la poussière là où le vent commence à accélérer. Des changements subtils à travers les longueurs d’onde ont révélé comment la poussière réfléchissait la lumière, et ces motifs de couleur ont donné des indices sur la taille des grains. Le signal diffusé correspondait principalement à des silicates (des minéraux faits de silicium et d’oxygène) et aussi à de la poussière d’alumine près de l’étoile.

Ces compositions collent avec ce que les géantes riches en oxygène peuvent condenser. Mais savoir de quoi c’est fait ne suffit pas à dire si ça peut s’échapper. L’équipe a donc utilisé des modèles de transfert radiatif — des simulations mathématiques complexes — pour lier les images du télescope à la physique réelle. Ils ont suivi la diffusion et l’absorption des photons autour de l’étoile. Et là… surprise. La correspondance avec les données du télescope a imposé une limite stricte : les grains de poussière sont tout simplement trop petits. Des grains plus petits que la longueur d’onde de la lumière de l’étoile ne captent pas assez de lumière pour pousser le gaz vers l’extérieur.

Quand ils ont calculé les forces, le verdict est tombé : la gravité retenait encore le gaz en place. Ces minuscules grains ne peuvent pas piloter le vent stellaire. Comme l’a dit Theo Khouri avec une honnêteté rafraîchissante : « Nous pensions avoir une bonne idée de la façon dont le processus fonctionnait. Il s’avère que nous avions tort. Pour nous, en tant que scientifiques, c’est le résultat le plus excitant. » Même si chaque atome de silicium ou d’aluminium disponible se transformait en solide, les modèles restaient insuffisants pour générer ce vent.

Conclusion : Si ce n’est pas la poussière, qui pousse le gaz ?

Alors, si la poussière ne fait pas le travail, qu’est-ce qui se passe ? On a pensé à la poussière riche en fer. Elle absorbe plus de lumière stellaire, ce qui augmente la force, certes. Mais l’absorption fait aussi grimper sa température. Et à haute température, la sublimation — le passage direct du solide au gaz — détruit ces grains avant qu’ils ne puissent accélérer quoi que ce soit. C’est un compromis perdant qui fait de la poussière ferreuse un mauvais moteur près de R Doradus.

La réponse réside probablement dans l’agitation même de l’étoile. La convection bouillonnante, avec de la matière chaude qui monte et de la matière plus froide qui redescend, peut soulever le gaz vers des couches plus froides. R Doradus n’est pas statique ; elle pulse. Elle gonfle et rétrécit régulièrement avec des cycles d’environ 175 et 332 jours. Ces gonflements rythmiques peuvent envoyer des ondes de choc vers l’extérieur, et ce gaz comprimé par le choc peut commencer à s’éloigner.

Ces processus facilitent peut-être la tâche à la poussière en soulevant le gaz là où de nouveaux grains peuvent se former et capter la lumière. La poussière n’a pas besoin de piloter tout le vent pour être importante ; elle aide sans doute à refroidir le gaz. C’est crucial car des étoiles comme le Soleil finiront par traverser cette phase de branche géante asymptotique et perdront d’énormes quantités de gaz avant de devenir une naine blanche. Cette incertitude nous force à être prudents sur l’avenir lointain du Soleil. Au final, l’étude, publiée dans le journal Astronomy & Astrophysics, montre que la poussière seule ne suffit pas. D’autres forces sont à l’œuvre.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.