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Une étoile en fin de vie forme un anneau de poussière géant

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Pour la première fois, des chercheurs ont pu photographier la fin de vie de L2 Puppis, la vieille étoile la plus proche de la Terre. Ce résultat donne un aperçu du sort réservé à notre Soleil, une fois parvenu au stade terminal de son évolution dans environ quatre milliards d'années.

Sur cette image infrarouge, on peut observer le disque de poussière entourant l’étoile en fin de vie L2 Puppis. Cette étoile nous montre une partie de ce qui attend notre Soleil. © Pierre Cavalla et al., Eso, observatoire de Paris

L2 Puppis est une étoile géante rouge observable depuis l'hémisphère sud, dont la masse est environ deux fois celle du Soleil. Formée il y a environ 1,5 milliard d'années, elle est bien plus jeune que le Soleil, âgé de 4,6 milliards d'années. Cependant, du fait de sa masse plus importante, elle a brillé beaucoup plus intensément durant son existence et a consommé plus rapidement son hydrogène.

Grâce à l'interféromètre du VLT (Very Large Telescope) situé au Chili, des chercheurs du CNRS ont pu mesurer son rayon : environ 120 fois celui du Soleil. Sa luminosité est aussi très élevée et estimée à plus de 2.000 fois la valeur solaire. Or, une grande taille et une luminosité importante sont deux propriétés typiques des étoiles en fin de vie. L2 Puppis est actuellement dans le quatrième âge stellaire, une phase dans laquelle le Soleil entrera dans quatre milliards d'années environ.

Située à 210 années-lumière de la Terre, L2 Puppis est la vieille étoile la plus proche de notre planète, ce qui en fait une cible de choix pour l'observation détaillée de son environnement. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé l'optique adaptative NACO du VLT, assortie d'une technique de traitement d'images, appelée imagerie sélective, afin de corriger les perturbations introduites par l'atmosphère terrestre.

Boucle de poussière observée autour de L2 Puppis. La taille apparente de l'étoile centrale est représentée par un cercle brisé. © Pierre Cavalla et al., Eso, observatoire de Paris

Disque de poussière géant

Plusieurs milliers d'images ont été enregistrées en quelques minutes, chacune avec un temps de pose très court, de l'ordre d'un centième de seconde. Celles qui étaient le moins affectées par les résidus de la turbulence atmosphérique ont été sélectionnées, recentrées précisément et combinées pour former une seule image, beaucoup plus détaillée que si une seule longue pose avait été réalisée : elle atteint pratiquement la limite théorique de résolution d'un télescope de huit mètres, soit environ 40 millisecondes d'arc. Pour donner une idée plus précise, cela correspond à la taille apparente d'un ballon de football vu à une distance de 1.000 km.

Cette qualité exceptionnelle a permis à l'équipe de découvrir l'existence d'un disque de poussière autour de L2 Puppis ainsi que d'une boucle également constituée de poussière s'étendant jusqu'à une distance de plus de 800 millions de kilomètres de l'étoile. Ce résultat, publié dans la revue Astronomy & Astrophysics, est un pas important dans la compréhension de la fin de vie des étoiles de masses faibles et intermédiaires comme notre Soleil.

Une autre étoile autour de L2 Puppis ?

Cependant, les mécanismes en jeu dans cette phase complexe sont encore mal connus. On sait par exemple peu de choses sur la manière dont ces étoiles restituent leur matière au milieu interstellaire pour former des nébuleuses planétaires, des enveloppes de gaz en expansion. La présence de ce disque de poussière, très probablement constitué de matière éjectée par L2 Puppis, indique que l'environnement des étoiles évoluées est structuré spatialement. L'interaction du vent stellaire avec le disque de poussière qui l'entoure pourrait notamment expliquer la forme en sablier des nébuleuses planétaires bipolaires.

Au nord-est de l'étoile, une boucle de poussière a également été observée. Son origine est également encore mal comprise. Elle pourrait être due à l'influence gravitationnelle d'une seconde étoile en orbite près de L2 Puppis, qui aurait aussi pu jouer un rôle dans la formation du disque. Du fait de la très grande luminosité de l'étoile principale, ce compagnon resterait pour l'instant caché. La deuxième génération d'optiques adaptatives à hautes performances comme l'instrument Sphere du VLT permettra dès la fin de cette année de le rechercher.