2007-2008

Les nébuleuses récalcitrantes - Quand les champs magnétiques fossiles protègent l’hélium 3 des étoiles mourantes

Elles semblent préserver une substance que leurs consœurs détruisent au cours de leur vie. Ce sont des nébuleuses planétaires rares, qui portent des noms comme NGC 3242 et J320. Grâce à leur champ magnétique fossile et contrairement à la majorité des étoiles évoluées de faible masse, elles ne détruisent pas l’hélium 3 qu’elles ont produit dans leur jeunesse. Cette nouvelle hypothèse réconcilie l’évolution stellaire avec l’évolution chimique de la Galaxie dans les modèles qu’en donnent les spécialistes. Elle résulte d’une recherche menée par une équipe d’astrophysiciens de l’Université de Genève (UNIGE), du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) français et de l’Observatoire de Paris.

Corinne Charbonnel, chercheuse à l’UNIGE et au CNRS, et Jean-Paul Zahn, astronome à l’Observatoire de Paris, ont déjà proposé une explication à l’évolution de l’hélium 3 dans la Galaxie. Fruit de la nucléosynthèse qui s’est produite au cours du Big Bang, cet élément léger est aussi produit par les réactions nucléaires qui ont lieu au cœur des étoiles de faible masse, comme notre Soleil.

Qu’advient-il de l’hélium 3?

Les modèles classiques d’évolution chimique de la Galaxie prédisent ainsi que la quantité d’hélium 3 aurait dû fortement augmenter depuis le moment originel de l’Univers. Or il n’en est rien. Dans des régions galactiques qui reflètent la composition actuelle de la matière interstellaire, «on ne décèle pas plus d’hélium 3 qu’au moment du Big Bang», explique Corinne Charbonnel. «Nous suggérons que l’hélium 3 est bien produit par les étoiles comme notre Soleil, comme le prédit la théorie. Mais quand l’étoile devient géante cet élément est détruit avant d’avoir eu le temps d’être rejeté dans la matière interstellaire.» Selon les deux spécialistes, c’est le mélange thermohaline qui conduit à la destruction de l’hélium 3 dans les étoiles géantes et qui stabilise la concentration de cette substance au cours du temps dans la Galaxie.

«Thermohaline» et doigts de sel

Le phénomène de mélange thermohaline est bien connu au laboratoire et en océanographie sous le nom d’«instabilité de doigts de sel» : il se déclenche dans l'eau salée lorsque la température et la salinité augmentent toutes les deux avec la hauteur. La même instabilité se produit dans les étoiles évoluées, quand la combustion de l'hydrogène est achevée au centre, et qu'elle se poursuit dans une mince couche à la périphérie du cœur de l’étoile : c'est alors l'hélium 3 qui joue le rôle du sel. Dès que cette instabilité se déclenche, tout l'hélium 3 produit par l’étoile dans les phases antérieures de son évolution est détruit.

Champ magnétique fossile contre thermohaline

Corinne Charbonnel et Jean-Paul Zahn se sont cette fois penchés sur des observations récalcitrantes à ces explications : les ejecta de deux étoiles évoluées, soit les nébuleuses planétaires NGC 3242 et J320, qui semblent avoir échappé au processus thermohaline. Ils présentent en effet de l’hélium 3 en abondance. La revue Astronomy and Astrophysics publie la proposition de ces chercheurs, pour qui c’est un champ magnétique fossile qui inhibe le mélange thermohaline dans une petite fraction des étoiles évoluées de faible masse. Ces étoiles seraient les descendantes des étoiles Ap, premiers objets après le Soleil dans lesquels un champ magnétique a pu être détecté. Cette hypothèse sera prochainement mise à l’épreuve, grâce à des observations effectuées au Pic du Midi ou via un télescope franco-canadien situé à Hawaï.

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20 novembre 2007
  2007-2008