À l’aide du puissant télescope Gemini de huit mètres situé au sommet du mont Mauna Kea, à Hawaii, une équipe internationale incluant trois chercheurs du Département de physique de l’Université de Montréal a observé pour la première fois un nuage de particules de carbone qui s’étend sur des centaines de milliards de kilomètres depuis l’étoile ayant donné naissance à ces particules.

Celles-ci sont composées de carbone amorphe (non cristallisé). «Nous savions que l’étoile en question produisait beaucoup de carbone, mais nous pensions que les rayons ultraviolets détruisaient les particules solides avant qu’elles échappent à la gravité de l’étoile et qu’elles ne pouvaient pas atteindre l’espace interstellaire, explique Anthony Moffat, un des chercheurs de l’équipe. L’observation montre qu’environ 20 % des particules formées dans le vent stellaire survivent aux radiations et gagnent l’espace interstellaire. Une fois dans cet environnement, elles ne subissent plus aucune contrainte et poursuivront leur course quasi indéfiniment.»

Le carbone est un élément lourd essentiel à la vie. Il est produit par des étoiles massives et chaudes qui transforment leur hydrogène en hélium, puis l’hélium en carbone par fusion nucléaire. Selon la théorie qui a cours en astrophysique, les étoiles supermassives et chaudes étaient très abondantes dans les premiers âges de l’Univers, il y a environ 15 milliards d’années, et auraient produit de cette façon les premiers éléments lourds qui ont permis de former des planètes solides du genre de la Terre.

Ces éléments solides demeurent très rares puisque 99 % de ce qui se trouve dans l’espace interstellaire est sous forme gazeuse.

Les chercheurs ont eu une autre surprise: les particules de carbone observées mesurent un micron (un millionième de mètre), soit 100 fois plus que ce que les études théoriques permettaient de prévoir. À titre de comparaison, ces particules sont de la taille de celles qui composent la fumée de cigarette.

Valse céleste

La source d’émission des particules observées est un système stellaire double situé à 14 000 années-lumière de la Terre, vers le centre de la galaxie, dans la constellation du Bouclier. L’astre principal est une étoile massive de type Wolf-Rayet (WR112). Malgré leur masse qui fait de 25 à 100 fois celle du Soleil, ne cherchez pas ces étoiles dans le ciel: la luminosité du système est 130 000 fois inférieure à ce que l’œil humain peut percevoir.

Selon le professeur Moffat, c’est dans la zone où les vents de ces deux étoiles entrent en collision que se formeraient les particules de carbone. «Comment des particules peuvent se constituer à cet endroit demeure un mystère parce que les températures sont en principe trop élevées pour permettre aux atomes de se lier. Selon notre hypothèse, la densité très élevée des particules au point de collision facilite leur refroidissement et les protège des radiations. La pression des vents en collision aide aussi à lier les atomes.»

Comme les deux étoiles tournent l’une autour de l’autre, le nuage de particules décrit une immense spirale dans l’espace environnant. Cette spirale s’étend sur au moins 12 000 unités astronomiques (une unité astronomique vaut 150 millions de kilomètres), soit 100 fois le rayon de notre système solaire.

Les deux autres chercheurs du Département de physique qui ont participé à ces travaux sont Sergey Marchenko (présentement à la University of Western Kentucky) et René Doyon. Les données ont été publiées dans le numéro de janvier dernier de l’Astrophysical Journal.

Le vent solaire de l’étoile Wolf-Rayet, à droite, est plus puissant que celui de sa compagne. C’est dans la zone de collision de ces vents, colorée ici en mauve, que se formeraient les particules de carbone.

Daniel Baril