De nouvelles observations du télescope spatial James Webb (JWST) révèlent qu’une étoile peut continuer à enrichir son environnement en eau et autres molécules malgré sa proximité avec un trou noir supermassif. Baptisée IRS 3, l’étoile est située à seulement 0,55 année-lumière de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, et continue à éjecter de la matière malgré l’intense attraction gravitationnelle et le rayonnement à haute énergie qu’elle subit.
Lorsqu’une étoile de faible à moyenne masse évolue vers la fin de sa vie, elle entre notamment dans la phase de branche asymptotique des géantes (AGB) rouges, au cours de laquelle elle éjecte progressivement de la matière. L’étoile devient plus froide et ses vents stellaires éjectent du gaz et de la poussière, formant une enveloppe autour d’elle.
La taille de ces enveloppes fait que les interactions des étoiles avec le milieu interstellaire sont inévitables. La perte substantielle de masse de ces étoiles fait également qu’elles constituent une importante source de matière pour le milieu interstellaire.
IRS 3, l’une de ces étoiles en pleine phase de géante rouge, est l’une des sources infrarouges moyennes les plus brillantes du centre de la Voie lactée. Environ six fois plus massive que le Soleil et âgée de près de 72 millions d’années, elle se distingue par sa vaste enveloppe de poussière en raison d’une perte de masse importante.
Compte tenu de sa proximité avec Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, il n’était pas certain qu’une étoile aussi proche d’un trou noir supermassif puisse encore produire de la poussière et enrichir son environnement. Elle est en effet située à seulement 0,55 année-lumière du trou noir, contre environ 26 000 années-lumière pour la Terre. Des observations ont d’ailleurs montré que son enveloppe pointait vers Sgr A*, ce qui suggère une influence gravitationnelle de Sgr A*.
Cependant, de nouvelles observations du JWST révèlent que contrairement à ce que l’on supposait initialement, IRS 3 continue à enrichir son environnement en matière. « Les centres galactiques figurent parmi les environnements les plus extrêmes ; il est donc essentiel de comprendre si les étoiles peuvent continuer à enrichir leur environnement dans ces conditions », explique Florian Peißker, de l’Université de Cologne en Allemagne, auteur principal de l’étude détaillant la découverte.
« Grâce au télescope Webb, nous pouvons observer directement le comportement des étoiles dans ces conditions et constater que la production de poussière y demeure remarquablement stable », ajoute-t-il.
Image montrant l’emplacement de l’étoile très évoluée IRS 3, située à seulement 0,55 année-lumière de Sagittarius A*, le trou noir supermassif central de la galaxie de la Voie lactée. © ESA/Webb, NASA et ASC, F. Peißker, J. Lu, F. Yusef-Zadeh, NB Sabha, C. Chan
Une enveloppe qui résiste aux conditions du centre galactique
Peißker et ses collègues ont utilisé l’instrument infrarouge moyen MIRI du JWST pour observer l’étoile IRS 3 et ont mis en évidence deux signatures infrarouges fortes associées à des poussières de silicates, composés de silicium et d’oxygène. Les observations ont également mis en évidence la présence d’eau dans l’enveloppe d’IRS 3.
« La détection d’eau est particulièrement enthousiasmante car elle montre que la matière moléculaire peut survivre dans un environnement dominé par un rayonnement intense. Cela nous indique que même à proximité d’un trou noir supermassif, les étoiles peuvent continuer à contribuer à l’environnement », explique Macarena Garcia Marin de l’ESA, coauteure de l’étude et responsable du programme spatial MICONIC.
Les données d’observation combinées à des simulations de la manière dont la lumière se propage à travers différents modèles d’enveloppe, indiquent une distribution stratifiée en forme de coquille, s’étendant sur environ 10 000 unités astronomiques autour de l’étoile. L’enveloppe présente également des températures décroissantes, passant d’environ 927 °C près de l’étoile à environ −173 °C dans les régions les plus externes.
Ces données suggèrent que les étoiles évoluées peuvent continuer à fournir de la poussière aux centres galactiques. Ces régions étaient auparavant considérées comme particulièrement hostiles à ces processus. Les résultats de la recherche sont détaillés dans l’étude parue dans la revue Astronomy and Astrophysics.
