Les nébuleuses planétaires sont des coquilles de gaz en expansion qui sont éjectées par des étoiles semblables au soleil à la fin de leur vie. Les étoiles semblables au soleil passent la majeure partie de leur vie à brûler de l'hydrogène en hélium. À la fin de cette phase de fusion de l'hydrogène, ces étoiles augmentent leur diamètre d'environ un facteur 100 et deviennent des «étoiles géantes rouges». À la fin de la phase géante rouge, les couches externes de l'étoile sont emportées. Le gaz éjecté continue de se développer à partir de l'étoile centrale restante, qui évolue plus tard en une «naine blanche» lorsque toute fusion nucléaire a cessé. Les astronomes pensent qu'une nébuleuse planétaire se forme lorsqu'un vent stellaire rapide qui vient de l'étoile centrale rattrape un vent plus lent produit plus tôt lorsque l'étoile a éjecté la plupart de ses couches externes. À la frontière entre les deux vents, un choc se produit qui produit la carapace dense visible caractéristique des nébuleuses planétaires. La coque à gaz est excitée et éclairée par la lumière émise par l'étoile centrale chaude. La lumière de l'étoile centrale est capable d'éclairer la nébuleuse planétaire pendant environ 10 000 ans.
Les formes observées des nébuleuses planétaires sont très déroutantes: la plupart d'entre elles (environ 80%) sont bipolaires ou elliptiques plutôt que sphériques. Cette complexité a conduit à des images magnifiques et étonnantes obtenues avec des télescopes modernes. Les images ci-dessous comparent les nébuleuses planétaires avec des formes bipolaires (gauche) et sphériques (droite).
La raison pour laquelle la plupart des nébuleuses planétaires ne sont pas sphériques n'est pas bien comprise. Plusieurs hypothèses ont été envisagées jusqu'à présent. L'un d'eux suggère que les formes étranges des nébuleuses planétaires pourraient être dues à un certain effet centrifuge qui résulte de la rotation rapide des géantes rouges. Une autre théorie est que la symétrie du vent de l’étoile peut être affectée par une étoile compagne. Cependant, les théories les plus récentes et convaincantes expliquant les formes des nébuleuses impliquent des champs magnétiques.
La présence de champs magnétiques expliquerait bien les formes compliquées des nébuleuses planétaires, car la matière éjectée est piégée le long des lignes de champ magnétique. Cela peut être comparé aux limailles de fer piégées le long des lignes de champ d'un aimant en forme de barre - une démonstration classique dans les salles de classe de physique du secondaire. Étant donné que de forts champs magnétiques à la surface de l'étoile exercent également une pression sur le gaz, la matière peut plus facilement quitter l'étoile aux pôles magnétiques où le champ magnétique est le plus fort.
Il existe plusieurs façons de créer des champs magnétiques à proximité des nébuleuses planétaires. Les champs magnétiques peuvent être produits par une dynamo stellaire pendant la phase d'éjection de la nébuleuse. Pour qu'une dynamo existe, le noyau de l'étoile doit tourner plus vite que l'enveloppe (comme c'est le cas au Soleil). Il est également possible que les champs magnétiques soient des reliques fossiles des étapes précédentes de l'évolution stellaire. Dans la plupart des circonstances, la matière dans les étoiles est si fortement conductrice d'électricité que les champs magnétiques peuvent survivre pendant des millions ou des milliards d'années. Les deux mécanismes, combinés à l'interaction de la matière éjectée avec le gaz interstellaire environnant, pourraient façonner les nébuleuses planétaires.
Jusqu'à récemment, l'idée que les champs magnétiques étaient un ingrédient important dans la formation des nébuleuses planétaires était une affirmation purement théorique. En 2002, les premières indications de la présence de tels champs magnétiques ont été trouvées. Les observations radio ont révélé des champs magnétiques dans les enveloppes circumstellaires d'étoiles géantes. Ces enveloppes circumstellaires sont en effet les ancêtres des nébuleuses planétaires. Cependant, aucun champ magnétique de ce type n'a jamais été observé dans les nébuleuses elles-mêmes. Pour obtenir un indice direct de la présence de champs magnétiques dans les nébuleuses planétaires, les astronomes ont décidé de se concentrer sur les étoiles centrales, où les champs magnétiques auraient dû survivre.
Cette première preuve directe a maintenant été obtenue. Pour la première fois, Stefan Jordan et son équipe ont détecté des champs magnétiques dans plusieurs étoiles centrales de nébuleuses planétaires. À l'aide du spectrographe FORS1 du Very Large Telescope de classe 8 m (VLT, Observatoire européen austral, Chili), ils ont mesuré la polarisation de la lumière émise par quatre de ces étoiles. Les signatures de polarisation dans les raies spectrales permettent de déterminer l'intensité des champs magnétiques dans les étoiles observées. En présence d'un champ magnétique, les atomes modifient leur énergie de manière caractéristique; cet effet est appelé effet Zeeman et a été découvert en 1896 par Pieter Zeeman à Leiden (Pays-Bas). Si ces atomes absorbent ou émettent de la lumière, la lumière se polarise. Cela permet de déterminer la force du champ magnétique en mesurant la force de la polarisation. Ces signatures de polarisation sont généralement très faibles. De telles mesures nécessitent des données de très haute qualité qui ne peuvent être obtenues qu'avec des télescopes de 8 mètres tels que le VLT.
Quatre étoiles centrales de nébuleuses planétaires ont été observées par l'équipe et des champs magnétiques ont été trouvés dans chacune d'elles. Ces quatre étoiles ont été choisies parce que leurs nébuleuses planétaires associées (nommées NGC 1360, HBDS1, EGB 5 et Abell 36) sont toutes non sphériques. Par conséquent, si l'hypothèse du champ magnétique pour expliquer les formes des nébuleuses planétaires est correcte, ces étoiles devraient avoir de forts champs magnétiques. Ces nouveaux résultats montrent que c'est effectivement le cas: les intensités des champs magnétiques détectés vont de 1000 à 3000 Gauss, soit environ mille fois l'intensité du champ magnétique global du Soleil.
Ces nouvelles observations publiées par Stefan Jordan et ses collègues soutiennent l'hypothèse que les champs magnétiques jouent un rôle majeur dans la formation des nébuleuses planétaires. L'équipe prévoit maintenant de rechercher des champs magnétiques dans les étoiles centrales des nébuleuses planétaires sphériques. Ces étoiles devraient avoir des champs magnétiques plus faibles que ceux qui viennent d'être détectés. Ces futures observations permettront aux astronomes de mieux quantifier la corrélation entre les champs magnétiques et les formes étranges des nébuleuses planétaires.
Au cours des dernières années, les observations polarimétriques avec le VLT ont conduit à la découverte de champs magnétiques dans un grand nombre d'objets stellaires à des stades évolutifs tardifs. En plus d'améliorer notre compréhension de ces belles nébuleuses planétaires, la détection de ces champs magnétiques permet à la science de faire un pas en avant vers la clarification de la relation entre les champs magnétiques et la physique stellaire.
Source d'origine: NASA Astrobiology Story
