Nébuleuse Planétaire, uneEspèceEnVoieDeDisparition ?

[MatP]

Bonjour à tous !

 

Désolé pour le titre, mais si je mets trop d'espaces ça me sort une page blanche quand je valide (IE et Firefox)...

 

En flânant sur le net, j'ai essayé d'approfondir un peu mes connaissances sur les étoiles de Wolf-Rayet, ces fameux astres qui cumulent tous les superlatifs, taille et température extrêmes surtout. J'ai notamment appris il n'y a pas si longtemps que les nébuleuses en émission qui entourent certaines d'entre elles étaient appelées Wolf-Rayet bubbles (bulles de Wolf-Rayet), même si les sources sont rares (a fortiori en français). Je peux désormais donner un nom "astrophysique" à ces deux nébuleuses "classiques" que sont le Croissant (NGC 6888) et le Casque de Thor (NGC 2359), qui ne sont :

• ni des nébuleuses planétaires (ce ne sont pas des étoiles froides et de masse relativement faible qui leur donnent naissance) ;
  
• ni des rémanents de supernova (une étoile WR est l'antithèse d'une étoile à neutrons même si l'une est peut-être la conséquence de l'autre) ;
  
• et encore moins des régions HII (pas de pouponnière d'étoiles, juste l'étoile WR au centre).

Or, je viens d'aller faire un tour sur le site du Centre de données astronomiques de Strasbourg, et voilà que je tombe sur un catalogue d'étoiles Wolf-Rayet : le Sixth Catalogue of Galactic Wolf-Rayet Stars de van der Hucht et al. (réf. CDS : III/85). Mais contrairement à ce que son nom laisse penser, il ne s'agit pas d'un simple listing d'étoiles WR puisqu'il contient aussi une liste de "nébuleuses planétaires" dont l'étoile centrale est une WR et ô stupeur ! on y retrouve de grands classiques comme l'Oeil de Chat (NGC 6543), le Clignotant (NGC 6826), la Tranche de mortadelle (NGC 246), le Spirographe (IC 418), NGC 40, NGC 6210, NGC 6572, NGC 6905, NGC 7026 et quelques autres. C'est vrai qu'à bien y regarder, les étoiles centrales de ces nébuleuses sont toutes bleues (donc chaudes) d'après les données Tycho/Hipparchos (quand elles sont disponibles). D'ailleurs je viens de remarquer que la centrale de l'Esquimau (NGC 2392) est bleue également, mais elle ne figure pas dans la liste de van der Hucht et ses potes.

 

C'est vrai que le terme de "nébuleuse planétaire" est ancien et est issu d'une erreur d'identification, mais il est encore très utilisé aujourd'hui (y compris dans le milieu professionnel apparemment), et d'ailleurs ça représente (représentait ?) pour moi quelque chose de bien précis : une coquille de gaz ionisée par le rayonnement ultraviolet d'une étoile de masse "standard" (du même ordre de grandeur que la masse solaire) en train de se transformer de géante rouge en naine blanche.

 

Bref, ma question c'est : étant donné qu'il y a a priori plus de ressemblance "astrophysique" entre le Croissant et l'Oeil de Chat qu'entre l'Oeil de Chat et l'Anneau de la Lyre, doit-on toujours utiliser le terme de nébuleuse planétaire pour désigner des objets qui n'ont en fait rien à voir ?

En clair, doit-on toujours donner une signification autre que "physionomique" ou historique au terme de "nébuleuse planétaire" ?

 

Finalement, je pense que deux solutions s'offrent à nous :

• ou bien on conserve le terme de "nébuleuse planétaire", auquel cas on le cantonne à la définition traditionnelle (qui a un sens astrophysique relativement précis) et on en exclut toutes les bulles de Wolf-Rayet (l'Oeil de Chat et compagnie), auquel cas l'Oeil de Chat ne serait plus une nébuleuse planétaire ;
  
• ou bien on garde ce terme comme sous-ensemble "historique" (mais abandonné en toute rigueur, au même titre que le terme vétuste et fourre-tout de "nébuleuse diffuse"), en mettant dedans ce qu'on appelait "nébuleuses planétaires" au sens astrophysique (l'idéal serait de trouver un autre terme plus scientifique, genre "nécrobulle" ) ET les bulles de Wolf-Rayet qu'on a auparavant confondu avec ce qu'on appelait les "nébuleuses planétaires", auquel cas l'Oeil de Chat et les autres conserveraient leur titre de nébuleuse planétaire.

Qu'en pensez-vous ?

['Bruno]

Comme je te l'avais dit à l'époque où tu avais fait un quizz fameux, les étoiles centrales des nébuleuses planétaires ne sont pas des naines blanches. Ce sont des futures naines blanches, mais pas encore des naines blanches. Ce sont aussi les étoiles les plus chaudes qui soient (100.000 à 150.000 K en gros).

 

Tu veux faire éclater la classification des nébuleuses planétaires. Tu es sûr que ce n'est pas la classification des Wolf-Rayet qui devrait être éclatée ?

 

Pour ma part, je suis curieux de lire les réponses car ce n'est pas très clair dans ma tête. Je sais que, dans les publications professionnelles, les étoiles centrales de nébuleuses planétaires sont des étoiles appelées "post AGB" (qui ont dépassé la branche asymptotique des géantes - elles vont parcourir très rapidement la partie "en haut à gauche" du diagramme HR avant de chuter en luminosité et devenir des naines blanches, "en bas à gauche" du diagramme, puis de plus en plus "à droite"). Peut-être ce stade peut-il donner un spectre de type Wolf-Rayet ?

[ArthurDent]

Bruno, il me semble que les WR finissent en supernova, pas en naine blanche.

 

D' accord avec toi pour les centrales de nébuleuses planétaires, encore qu' une naine blanche doit envoyer assez d' UV pour continuer de ioniser l' enveloppe gazeuse ...

 

Me goure-je ?

['Bruno]

Si la stade naine blanche correspond uniquement au chemin situé en bas du diagramme HR, alors non, elle ne peut plus ioniser l'enveloppe gazeuse. N'oublie pas que le stade de nébuleuse planétaire dure rarement plus de 10.000 ans, c'est un stade très éphémère qui correspond au maximum de température de l'étoile centrale (à un moment précis, mais je ne sais plus lequel... le flash de l'hélium ? non, c'est avant... oh, je ne sais plus). L'étoile centrale est alors située en haut à gauche du diagramme HR (pas aussi haut que les supergéantes bleues, certes). Ensutie, elle va vite redescendre et devenir naine blanche, mais alors le gaz aura cessé depuis longtemps d'être ionisé. Du moins c'est ce que j'avais compris, mais je sais que tout n'est pas clair pour moi.

 

Concernant les Wolf-Rayet (WR), il me semble qu'elles sont définies uniquement par le spectre. Ne se pourrait-ils pas que des astres de nature différentes produisent un spectre semblable ? Bof... Le plus simple doit être de considérer que certaines nébuleuses planétaires sont les résidus de vents stellaires violents éjectées par des WR très chaudes, vu que ce type d'étoile existe (elles se vident de leur gaz au point de perdre en quelques millions d'années une grosse partie de leur masse et de ne plus pouvoir exploser en supernova, d'ailleurs !)

 

Entre parenthèse, c'est le domaine de l'astrophysique que je trouve le plus passionnant, mais je ne me fais pas d'illusion : cette discussion ne va pas attirer grand monde, le "grand public" préfère parler de domaines quasi incompréhensibles comme le big bang.... c'est dommage car que les nébuleuses planétaires sont belles !

[ArthurDent]

Ah, donc pour toi une naine blanche est trop froide pour ioniser quoi que ce soit ? Il me semblait avoir compris le contraire lors de la conf d' Agnès Acker aux RCEs.

De plus, on semble trouver un peu de littérature sur le sujet, même si effectivement ça semble assez rare ...

 

http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=6781219

 

Il est clair qu' une fois la naine blanche refroidie, la nébuleuse doit s' "éteindre" ... Sauf qu' elle est probablement diluée avant , non ? La température d' une naine blanche ne peut descendre que par radiation, vu que la naine blanche est stable (l' équilibre de l' étoile ne dépend pas de la température, et tout le carburant est épuisé, donc plus d' éjection de matière).

 

D' autre part, pas mal d' indices laissent penser que beaucoup de nébuleuses planétaires sont issues de systèmes double, et là tout est possible, la naine blanche pouvant se "ravitailler" auprès d' un éventuel compagnon.

['Bruno]

Ce dont je suis sûr, c'est que l'ionisation de la nébuleuse ne se produit que pendant un temps très court, lié à un phénomène dans l'étoile centrale (je ne sais plus lequel). Prenons la centrale de M57. Il y a 20.000 ans, M57 était invisible. Certes, sa centrale était chaude, mais pas autant que maintenant ou quelque chose comme ça. Pourtant il y avait une nébulosité autour. Et dans 20.000 ans, la nébulosité n'aura pas eu le temps de s'étendre, mais M57 sera redevenue invisible. Il faudrait que je me replonge dans mes lectures...

[ArthurDent]

Oui; je suis d' accord pour la première partie (la nébulosité existe, mais n' est pas ionisée car l' étoile n' est pas encore assez chaude pour émettre un spectre qui provoque l' ionisation de l' enveloppe éjectée).

 

Par contre, il me semble bien qu' au stade naine blanche, la température est adéquate, et le reste un bon moment (comme l' étoile est en équilibre la variation de température est beaucoup plus lente que pendant les phases précédentes, à tel point qu' aucune naine blanche ne s' est encore transformée en naine noire, selon les modèles actuels).

 

Moi aussi, il va falloir que je reprenne mes lectures.

 

Bon, j' ai trouvé chez Luminet et dans un article sur les nébuleuses planétaires que la température des centrales est entre 140000 et 90000 K . D' autre part, concernant les naines blanches, j' ai :

 

http://www.astronomynotes.com/evolutn/s11.htm [Nick Strobel]

White dwarfs shine simply from the release of the heat left over from when the star was still producing energy from nuclear reactions. There are no more nuclear reactions occurring so the white dwarf cools off from an initial temperature of about 100,000 K. The white dwarf loses heat quickly at first cooling off to 20,000 K in only about 100 million years, but then the cooling rate slows down: it takes about another 800 million years to cool down to 10,000 K and another 4 to 5 billion years to cool down to the Sun's temperature of 5,800 K.

Bon, ce n' est pas une référence totalement fiable. Je vais voir si je peux trouver mieux. Mais ça suggère quand meme qu' il y a un recouvrement assez long (le gaz de l' enveloppe se dilue bien plus vite que la naine blanche ne refroidit, il me semble)

 

A+

--

Pascal.

[quetzalcoatl]

Bonjour,

 

Pour tentative de réponse à la question initiale de Mat', je proposerais pour l'apellation attribuée aux bulles Wolf-Rayet le terme de "nébuleuses planétaires naines".

Pardon pour la parenthèse (...), je vais continuer de vous lire avec grand intérêt.

[ArthurDent]

Effectivement Bruno, un peu de Google montre qu' il arrive qu' une étoile de WR finisse en naine blanche; je n' ai pas trouvé quelle est la proportion par contre (il faut dire que ce genre de bestiole est assez mal comprise, d' après ce que j' ai pu lire).

 

Du coup on peut voir une étoile de WR comme un stade d' évolution vers la naine blanche, et donc une même nébuleuse planétaire aura une étoile de WR ou une naine blanche ou une nova (si le système est binaire) comme étoile centrale selon l' époque à laquelle on l' observe. Ce qui rend discutable la classification de MatP (retour au sujet), vu que le système est dynamique (je maintient qu' une étoile au stade naine blanche continue de ioniser l' enveloppe pendant un moment, surtout si le précurseur de la nébuleuse planétaire est binaire (échange de matière de type nova), comme il semble que ce soit parfois le cas).

 

http://xmm.vilspa.esa.es/external/xmm_science/gallery/public/level2a.php?p=0&cat=3&subcat=3

 

Il faudrait faire l' exercice 4 pour répondre définitivement à la question :

http://www.damtp.cam.ac.uk/user/examples/3A2c.pdf

['Bruno]

un peu de Google montre qu' il arrive qu' une étoile de WR finisse en naine blanche

Oui, c'est ce qui explique par exemple la présence de naines blanches dans les Pléiades : l'amas n'est âgé que de quelques dizaines de millions d'années, or une étoile qui meurt en quelques dizaines de millions d'années est nécessairement une très grosse étoile, qui ne donne pas une naine blanche mais une étoile à neutrons. Sauf si elle a perdu une bonne partie de sa matière par de puissants vents stellaires, ce qui est un cas non rare parmi les très grosses étoiles (mais moi non plus je n'en connais pas la proportion...) Dit comme ça, ça paraît moins étonnant qu'une étoile de Wolf-Rayet donne une nébuleuse planétaire.

 

je maintient qu' une étoile au stade naine blanche continue de ioniser l' enveloppe pendant un moment, surtout si le précurseur de la nébuleuse planétaire est binaire

Pourtant, la plupart des nébuleuses planétaires connues n'ont que quelques milliers d'années d'âge (il s'agit de l'âge de la nébuleuse en tant qu'objet émetteur de lumière, pas de l'âge de la coquille de gaz). Ah, ou alors ça veut dire que les nébuleuses planétaires brillantes (les NGC et IC notamment) correspondent à un stade initial très lumineux car très chaud, et ensuite l'ionisation continue mais la nébuleuse s'affaiblit de plus en plus, ce qui donne des objets moins connus. Tiens, il faudrait vérifier si les nébuleuses à très faibles brillance de surface (Jones 1, tout ça) sont effectivement plus âgées.

[ArthurDent]

Possible; Si tu trouve des explications je suis preneur : On trouve facilement des trucs de vulgarisation mais moins facilement des articles avec des chiffres

 

(sur la température des naines blanches, la loi de décroissance, la vitesse de dilatation de l' enveloppe, les conditions d' ionisations, etc).

 

Je crois me souvenir que la disparition de la nébuleuse est due à l' éloignement de l' enveloppe éjectée (le gaz se dilue dans le milieu interstellaire assez rapidement, il ne reste pas en orbite à proximité de la source).

 

 

EDIT: La lecture de ce papier là éclaire peut-être la question ...

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0606354

 

On peut y lire [page 19] que la température minimale retenue pour ioniser la nébuleuse planétaire est de 25000K, et que la durée de vie maximum retenue est de 35 000 ans [attention, il y a un zéro excédentaire dans l' article P. 19 justement] . Compatible avec une naine blanche jeune, non ?

 

Par contre, les auteurs se gardent bien d' expliquer d' où sort le chiffre de 25000 K ... ça doit couler de source pour un spécialiste de ces trucs là, et tant pis pour les autres ...

 

C' est d' autant plus surprenant que selon ce papier là, les température stellaires varieraient entre 49 000K et 90 000K ...

http://arxiv.org/abs/astro-ph/9904267

 

A+

--

Pascal.

[ArthurDent]

Cet article là justifie le critère des 25000K (Log Teff >= 4.4) :

 

http://jupiter.phy.umist.ac.uk/pdf/0601439.pdf

 

On y parle des différents types d' étoiles WR et de "Wels" . Aucune idée de ce que c' est que cette dernière catégorie.

 

Le diagramme résumme les différents types d' étoiles centrales trouvées ... C' est un peu la jungle, il me semble.

 

EDIT : Wels == Weak Emission Line

Star

 

Edit (bis) : Bruno, je viens de réaliser qu' il est possible qu' il y ait un malentendu sur le terme "naine blanche" : Pour moi "naine blanche" correspond à une étoile en équilibre hydrostatique, ayant épuisé tout son hélium, et celà quelque soit son degré de refroidissement (donc, quelque soit sa température/couleur). Si pour toi une étoile ne devient naine blanche qu' après un certain degré de refroidissement (à définir), je comprends mieux l' argument selon lequel les centrales de nébuleuses planétaires ne peuvent pas être des naines blanches.

 

 

A+

--

Pascal.

['Bruno]

Ben, il faudrait savoir quelle est la définition des astrophysiciens. Un de ces jours, il faudra que je regarde ça de plus près, mais pas ce soir j'ai mal à la tête...

[MatP]

Bonsoir,

 

Merci pour vos réponses, même si ça ne me rassure pas trop : je n'en savais déjà pas beaucoup mais là je me rends compte que j'en savais encore moins ! En tout cas j'apprends des choses, c'était aussi le but.

 

Je vais essayer de reprendre quelques-uns de vos messages pour revenir dans la discussion.

 

[...] les étoiles centrales des nébuleuses planétaires ne sont pas des naines blanches. Ce sont des futures naines blanches' date=' mais pas encore des naines blanches.[/quote']

 

Ca rejoint bien ce que je disais :

 

étoile (...) en train de se transformer de géante rouge en naine blanche.

 

J'entendais par là que la nébuleuse planétaire était bien la signature d'un phénomène transitoire.

 

C'est vrai que la notion que j'avais ne rentrait pas dans les détails (est-ce que la nébuleuse planétaire est encore visible quand l'étoile est arrivée au stade de naine blanche, par exemple), mais apparemment c'est là qu'il y a conflit de version entre 'Bruno et ArthurDent. Enfin ça reste un détail, je pense, si c'est seulement un problème de définition.

 

 

Une chose a retenu mon attention :

 

Du coup on peut voir une étoile de WR comme un stade d' évolution vers la naine blanche, et donc une même nébuleuse planétaire aura une étoile de WR ou une naine blanche ou une nova (si le système est binaire) comme étoile centrale selon l' époque à laquelle on l' observe. Ce qui rend discutable la classification de MatP (...)

 

C'est assez intéressant, ça ! Comme je ne savais pas qu'une naine blanche était aussi chaude (merci Bruno), soit encore plus qu'une WR, on peut le concevoir. Ceci dit, ce ne doit pas être valable pour toutes les étoiles qui donnent une nébuleuse planétaire à la fin. Peut-être qu'il s'agit d'un scénario d'évolution pour les étoiles dont la masse est à la fois trop élevée pour donner directement une nébuleuse planétaire à partir du stade de géante rouge, et trop faible pour exploser en supernova ?

 

Par exemple, les astrophysiciens ont peut-être défini une masse limite m1 à partir de laquelle une étoile va perdre une partie de sa masse par le « phénomène Wolf-Rayet » (expulsion rapide des couches externes), et une masse m2 à partir de laquelle l'étoile WR ne pourra éjecter suffisamment de masse pour ne pas exploser en supernova. Entre m1 et m2, donc, on aurait une WR qui aura suffisamment perdu de masse pour être apte à finir en naine blanche.

 

Est-ce bien comme ça qu'on pourrait comprendre les choses ?

 

 

(...) je proposerais pour l'apellation attribuée aux bulles Wolf-Rayet le terme de "nébuleuses planétaires naines".

 

Peut-on être vraiment sûr que les bulles de Wolf-Rayet sont plus petites que les nébuleuses planétaires "standard" ? J'ai quand même quelques doutes : NGC 6888 a une taille angulaire plus grande que M27 même si elle est plus éloignée de nous (4000-5000 al contre 500-3500 al). Et puis on connaît un nom pour les bulles de Wolf-Rayet : "bulles de Wolf-Rayet".

 

 

D'ailleurs, pour en revenir à ces fameuses bulles de WR, l'aspect de certaines d'entre elles sont vraiment plus proches du rémanent de supernova que de la nébuleuse planétaire classique, ce qui laisse suposer que le mécanisme de formation peut être assez différent de celui de la nébuleuse planétaire « standard » (objection possible : existe-t-il une NP standard ?). D'ailleurs, NGC 6888 n'est jamais présentée comme une nébuleuse planétaire (idem pour NGC 2359). Donc vous pensez que plutôt que d'exploser la classe des nébuleuses planétaires il faudrait plutôt y inclure des objets comme le Croissant ou le Casque de Thor ?

 

Finalement ce problème n'est pas forcément moins justifié que le problème de la « planétude » de Pluton...

 

 

J'en discuterais volontiers plus, mais faut aller faire les courses, là. Satanées contingences matérielles...

 

A+

[quetzalcoatl]

 

Finalement ce problème n'est pas forcément moins justifié que le problème de la « planétude » de Pluton...

 

 

 

 

 

Bonsoir,

 

Heureux que tu ais saisi l'allusion ! Certain ont pu croire que j'étais sérieux,

cela ne m'arrive pas trop souvent. Pardon d'avoir troublé vôtre "plénitude".

[MatP]

Bonsoir,

 

Heureux que tu ais saisi l'allusion ! Certain ont pu croire que j'étais sérieux,

cela ne m'arrive pas trop souvent. Pardon d'avoir troublé vôtre "plénitude".

 

Ben... en fait je l'avais même pas remarqué. C'est par hasard que j'ai mentionné Pluton ensuite.

 

 

Pour en revenir aux nébuleuses planétaires et dérivés, ça ne me dérangerait pas d'appeler NGC 2359 et NGC 6888 nébuleuses planétaires, mais il doit quand même y avoir une raison pour qu'on ne voie nulle par ce terme utilisé par les astronomes professionnels.

 

D'ailleurs, grâce à Google Scholar, je viens de trouver un article intéressant (même si je suis loin de tout piger le fond astrophysique) dont les auteurs écrivent notamment :

 

« Although these nebulae have been described as giant planetaries, we believe this description is inaccurate. These W stars, although similar in spectrum to certain central stars of planetaries, probably have both larger masses and radii than do the stars in the planetaries. In addition, the masses computed in this analysis exceed those of classical planetaries by a larger factor. [...] Filamentary-shell form, and coincidence with Wolf-Rayet stars, make NGC 2359 and NGC 6888 very peculiar objects. »

 

Tentative de traduction :

 

« Bien que ces nébuleuses [celles qui entourent certaines étoiles WR] ont été décrites comme des nébuleuses planétaires géantes, nous pensons que cette appellation est inexacte. Même si ces étoiles W ont un spectre similaire à celui de certaines étoiles centrales de nébuleuse planétaire, elles ont probablement à la fois une masse et un diamètre plus grands. En outre, les masses calculées lors de cette analyse dépassent largement celles des nébuleuses planétaires classiques. [...] La forme de coquille filamentaire de NGC 2359 et NGC 6888, ainsi que leur parenté avec les étoiles Wolf-Rayet, font d'elles des objets très particuliers. »

 

...mais bon, l'article date de 1965. Je vais essayer de trouver quelque chose de plus récent.

 

Le lien vers cet article : http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?1965ApJ...142.1033J

 

A+