Les nébuleuses planétaires doivent leur nom à leur forme. Parce qu'elles sont d'abord apparues aux astronomes comme plutôt rondes. Comme des planètes. Mais le lien s'arrête là. D'autant que, ils l'ont découvert par la suite, beaucoup de nébuleuses planétaires ne sont même pas rondes. La nébuleuse du Papillon en est un exemple assez flamboyant. Un objet majestueux qui montre deux lobes -- les ailes du papillon -- séparés par une bande sombre -- le corps du papillon.

S'il est question de cette nébuleuse en particulier aujourd'hui, c'est que dans des données renvoyées par le télescope spatial James-Webb, des chercheurs de l'université de Cardiff (Royaume-Uni) ont fait une découverte majeure. De celles qui pourraient aider à comprendre enfin comment les planètes rocheuses comme notre Terre se forment. Ils racontent dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Une nébuleuse planétaire pas tout à fait comme les autres

Avant d'entrer dans les détails, revenons d'abord sur la description de la nébuleuse du Papillon -- aussi appelée NGC 6302. Elle est située à environ 3 400 années-lumière de notre Terre. Dans la constellation du Scorpion. Et elle est l'une des plus étudiées de notre Voie lactée. Comme les autres nébuleuses planétaires, elle s'est formée lorsqu'une étoile, dont la masse était comprise entre 0,8 et 8 fois celle de notre Soleil, est arrivée en fin de vie, perdant la plus grande part de sa matière. Cette phase ne dure qu'assez peu de temps à l'échelle cosmique. Environ 20 000 ans.

L'étoile centrale de la nébuleuse du Papillon présente la particularité d'être l'une des étoiles centrales les plus chaudes connues d'une nébuleuse planétaire dans notre Galaxie. Sa température est de l'ordre de 220 000 Kelvin (K) -- pour comparaison, celle de notre Soleil est d'environ 6 000 K. C'est cette étoile flamboyante qui illumine la nébuleuse et nous la rend aussi spectaculaire à observer.

Mais ce qui a attiré l'attention des astronomes, cette fois, c'est plutôt ce qui se passe dans le corps de ce papillon cosmique. La bande sombre qui apparaît sur nos images et qui masque l'étoile centrale. Elle est sans doute responsable de la forme de NGC 6302, d'ailleurs. Et elle correspond en réalité à un tore en forme de beignet vu sur le côté. Un tore massif qui contient plus de matière que notre Soleil. C'est sur lui que le télescope James-Webb a zoomé, offrant aux chercheurs une vue inédite de sa structure complexe. Même s'il n'a pas pu le percer entièrement. « À l'intérieur, l'environnement est un chaos absolu : un rayonnement puissant et des vents stellaires déchirant le nuage environnant. C'est quelque chose que je n'ai jamais vu », confie Albert Zijlstra, co-auteur de l'article à l'Université de Manchester, dans un communiqué.

De précieux indices cachés au cœur de la nébuleuse du Papillon

En complétant leurs observations avec des données recueillies par les antennes du Grand Réseau Millimétrique/Submillimétrique de l'Atacama (Alma, Chili), ils ont pu identifier près de 200 raies spectrales, comme autant de signatures d'atomes et de molécules cachées dans la nébuleuse du Papillon. Et tout un tas de particules qui devraient les aider à percer le secret de la formation de la matière première des planètes rocheuses comme notre Terre.

« Pendant des années, les scientifiques ont débattu de la formation de la poussière cosmique dans l'espace. Mais aujourd'hui, grâce au puissant télescope spatial James-Webb, nous pourrions enfin avoir une vision plus claire », estime Mikako Matsuura, chercheuse à l'université de Cardiff, dans un communiqué de la Royal Astronomical Society. Parce que les astronomes ont pu observer, au cœur de la nébuleuse du Papillon, à la fois des poussières cristallines -- considérées comme assez rares -- durables formées dans des zones calmes et des particules ardentes issues de régions en mouvement rapide et violent.

Cette image, qui combine les données infrarouges de Webb avec des observations submillimétriques du Grand Réseau Millimétrique/Submillimétrique de l’Atacama (Alma, Chili), révèle la structure complexe du centre de la nébuleuse du Papillon. Au centre, une source brillante, l’« étoile mourante » de NGC 6302. Autour, une nébulosité verdâtre et plusieurs lignes en boucle couleur crème, orange et rose. L’une de ces lignes semble former un anneau orienté verticalement, presque par la tranche, autour de la source lumineuse centrale. Cet anneau est marqué à plusieurs endroits pour indiquer les faces, proche et éloignée, du tore, une bande de poussière longeant le tore et une zone où le tore est ionisé. D’autres lignes dessinent un huit. Ces lignes sont marquées pour indiquer la bulle interne ainsi que son intersection avec le tore. À partir de ces lignes complexes et de la nébulosité verte, une section de lumière rouge se forme de chaque côté de l’objet, appelée « bulle externe ». © ESA/Webb, Nasa & CSA, M. Matsuura, Alma (ESO/NAOJ/NRAO), N. Hirano, M. Zamani (ESA/Webb)

Le cœur de la nébuleuse du Papillon enfin dévoilé

Le tore de NGC 6302, donc, apparaît composé de silicates cristallins comme le quartz, ainsi que de grains de poussière de formes irrégulières. Des grains d'une taille de l'ordre d'un millionième de mètre. Pour de la poussière cosmique, c'est beaucoup. Et ça indique que ces grains croissent depuis longtemps.

À l'extérieur du tore, l'émission des différents atomes et molécules prend une structure multicouche. Les ions qui nécessitent la plus grande quantité d'énergie pour se former sont concentrés près de l'étoile centrale. Ceux qui en nécessitent moins se retrouvent plus loin.

Les astronomes notent aussi la présence de deux jets de fer et de nickel qui s'échappent de l'étoile. Dans des directions opposées. Et des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Ceux que l'on connait comme les HAP. Une première pour une nébuleuse planétaire riche en oxygène. Sur notre Terre, on en trouve dans les gaz d'échappement et... les toasts brûlés. Dans la nébuleuse du Papillon, ils pourraient se former lorsqu'une « bulle » de vent provenant de l'étoile centrale éclate dans le gaz qui l'entoure.