Le télescope spatial James Webb a identifié de l’eau et des poussières de silicate autour d’une étoile mourante, située très près du trou noir central de notre galaxie. Cette observation inattendue remet en question notre compréhension de la chimie dans ces environnements extrêmes.
Le télescope James Webb a détecté de l’eau et des poussières de silicate autour de IRS 3, une étoile en fin de vie, située à seulement 0,55 années-lumière de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie Lactée.
Cette découverte contredit l’hypothèse selon laquelle le rayonnement intense du noyau galactique empêcherait la formation et la survie de ces molécules.
Pour mesurer cette distance, il est utile de comparer : le Soleil ne possède aucune étoile voisine à moins de 4,3 années-lumière, la distance qui nous sépare de Proxima Centauri.
En revanche, au centre de la Voie Lactée, les étoiles peuvent n’être séparées que par 0,4, voire 0,04 années-lumière. C’est dans cette région extrêmement dense que le Webb a repéré IRS 3, une étoile six fois plus massive que le Soleil, âgée d’environ 72 millions d’années, et qui expulse actuellement ses couches externes à proximité immédiate du trou noir supermassif.
MIRI capture le premier spectre continu de l’étoile
Jusqu’à présent, la composition chimique de IRS 3 restait mal connue. Une étude de 2008, basée sur l’interférométrie, avait classé cette étoile comme riche en carbone. Mais l’instrument MIRI, à bord du Webb, a obtenu le 21 avril un spectre infrarouge continu sans précédent de l’étoile, avec seulement 1500 secondes de temps de pose.
Les données ont révélé deux signatures d’absorption révélatrices : un étirement des liaisons silicium-oxygène à 9,7 microns et une flexion des liaisons oxygène-silicium-oxygène à 18,5 microns.
D’après les chercheurs, ce rapport spécifique entre les deux profondeurs optiques, de l’ordre de 3,5, n’est observé que chez les étoiles riches en oxygène. Les étoiles riches en carbone ne peuvent pas produire la seconde signature, car elles ne possèdent pas de liaisons silicium-oxygène.
Cela indique que IRS 3 est, en réalité, une étoile riche en oxygène, contredisant la classification antérieure de 2008.
Le paradoxe des géantes rouges manquantes
En théorie, le rayonnement ultraviolet intense émis par Sagittarius A* et l’amas d’étoiles qui l’entoure devrait dissocier les molécules avant qu’elles ne puissent s’accumuler. La détection d’eau dans cette région va donc à l’encontre de cette prédiction.
Le parsec central de la Voie Lactée abrite des millions d’étoiles. On s’attendrait à ce qu’une partie importante d’entre elles ait déjà atteint la phase de géante rouge évoluée, compte tenu de leur âge. Pourtant, IRS 3 est la seule à présenter une enveloppe de poussière visible aussi proche du trou noir. Ce déséquilibre est nommé par les astronomes « paradoxe des géantes rouges manquantes ».
L’explication pourrait résider dans le taux de perte de masse de l’étoile : environ 6 × 10⁻⁵ masses solaires par an, une valeur supérieure au seuil nécessaire pour résister à l’entraînement provoqué par le rayonnement et les forces de marée.
Cela permet à IRS 3 de maintenir une coquille de poussière détectable, ce que d’autres étoiles similaires de la région ont probablement déjà perdu.
Un élément d’un programme plus vaste
IRS 3 n’est qu’une des cibles du programme d’observation MICONIC (Mid-Infrared Characterisation of Nearby Iconic galaxy Centres), qui vise à caractériser de façon systématique les propriétés infrarouges des noyaux de galaxies proches.
Les centres galactiques comptent parmi les environnements les plus extrêmes qui existent ; c’est pourquoi comprendre si les étoiles peuvent continuer à enrichir leur milieu est une question majeure.
A expliqué Florian Peißker, chercheur à l’Université de Cologne et auteur principal de l’étude.
Des observations antérieures effectuées avec le réseau ALMA avaient déjà identifié, à 1,6 million d’unités astronomiques de l’étoile, une coquille de poussière plus froide, vestige d’un matériau éjecté il y a des milliers d’années.
Le spectre capturé par MIRI a également révélé d’autres signatures qui attendent une analyse plus poussée : des traces possibles de dioxyde de carbone près de 15 microns et des bandes d’hydroxyle entre 14 et 17 microns.