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Les nébuleuses « récalcitrantes » — Quand les champs magnétiques fossiles protègent l'hélium 3 des étoiles mourantes
Extrait du Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.
https://www.obspm.fr/les-nebuleuses-recalcitrantes-quand-les-champs.html
Les nébuleuses «
récalcitrantes » — Quand
les champs magnétiques
fossiles protègent l'hélium 3
des étoiles mourantes
Date de mise en ligne : jeudi 1er novembre 2007
Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la
Recherche.
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Les nébuleuses « récalcitrantes » — Quand les champs magnétiques fossiles protègent l'hélium 3 des étoiles mourantes
Elles semblent préserver une substance que leurs consoeurs détruisent au cours de leur vie.
Ce sont des nébuleuses planétaires rares, comme NGC 3242 et J 320. Grâce à leur champ
magnétique fossile, et contrairement à la majorité des étoiles évoluées de faible masse, elles
ne détruisent pas l'hélium 3 qu'elles ont produit dans leur jeunesse. Cette nouvelle hypothèse
réconcilie l'évolution stellaire avec l'évolution chimique de la Galaxie. Elle résulte d'une
recherche menée par une équipe d'astrophysiciens de l'Observatoire de Genève, du CNRS
et de l'Observatoire de Paris.
En mars 2007 déjà, les mêmes chercheurs franco-suisses, Corinne Charbonnel et Jean-Paul Zahn, avaient proposé
une explication à l'évolution de l'hélium 3 dans la Galaxie. Fruit de la nucléosynthèse primordiale aux origines de
l'Univers, cet élément léger est également produit par les réactions nucléaires qui opèrent au coeur des étoiles de
faible masse comme notre Soleil. En conséquence, les modèles classiques d'évolution chimique de la Galaxie
prédisent que l'abondance d'hélium 3 aurait dû fortement augmenter depuis le Big Bang. Or il n'en est rien, comme
le montrent les observations des régions H II galactiques ! Dans ces zones qui reflètent la composition actuelle de
la matière interstellaire, «  on ne décèle pas plus d'hélium 3 qu'au moment du Big Bang  », explique
Corinne Charbonnel. «  Nous suggérons que l'hélium 3 est bien produit par les étoiles comme notre Soleil,
comme le prédit la théorie, confirme la spécialiste. Mais quand l'étoile devient géante cet élément est
détruit avant d'avoir eu le temps d'être rejeté dans la matière interstellaire.  » Dans une publication parue
dans Astronomy and Astrophysics (1), Corinne Charbonnel et Jean-Paul Zahn suggéraient alors que c'est le
mélange thermohaline qui conduit à la destruction de l'hélium 3 dans les étoiles géantes, et qui concourt à stabiliser
la concentration de l'hélium 3 au cours du temps dans la Galaxie. Ce mécanisme permet d'expliquer simultanément
d'autres anomalies en carbone, azote et lithium observées à la surface de la majorité des étoiles évoluées de faible
masse, et restées inexpliquées depuis plusieurs décennies. L'équipe franco-suisse a montré que ce processus
devait désormais être pris en compte dans les modèles d'évolution stellaire.
Figure 1 : Image HST de la Nébuleuse Planétaire NGC 3242, souvent appelée le fantôme de Jupiter (crédits
B.Balick, HST/NASA/ESA), et qui rejette de l'hélium 3 en grande quantité dans la matière interstellaire. Les
astronomes Corinne Charbonnel et Jean-Paul Zahn suggèrent que cet objet renferme un champ
magnétique intense. Cliquer sur l'image pour l'agrandir
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Jean-Paul Zahn explique que le phénomène de mélange thermohaline est bien connu en laboratoire et dans les
océans sous le nom d'« instabilité de doigts de sel » : il se déclenche dans l'eau salée lorsque la température et la
salinité augmentent toutes les deux avec la hauteur. La même instabilité se produit dans les étoiles évoluées,
quand la combustion de l'hydrogène est achevée au centre, et qu'elle se poursuit dans une mince couche à la
périphérie du coeur de l'étoile : c'est alors l'hélium 3 qui joue en ce cas le rôle du sel. Dès que cette instabilité se
déclenche, tout l'hélium 3 produit par l'étoile dans les phases antérieures de son évolution est détruit.
Corinne Charbonnel et Jean-Paul Zahn se sont cette fois penchés sur des observations « récalcitrantes » à ces
explications : les éjecta de deux étoiles évoluées, les nébuleuses planétaires, NGC 3242 et J 320, semblent avoir
échappé au processus thermohaline, car ils présentent une abondance élevée en hélium 3. Dans leur prochaine
publication à paraître dans Astronomy and Astrophysics (2), les chercheurs proposent l'explication suivante : c'est
un champ magnétique fossile qui inhibe le mélange thermohaline dans une petite fraction des étoiles évoluées de
faible masse, dont NGC 3242 et J 320. Ils suggèrent que ces étoiles particulières seraient ainsi les descendantes
des étoiles Ap qui furent les premiers objets après le Soleil dans lesquels un champ magnétique a pu être détecté
et qui représentent environ 5% des étoiles de type-A. « Notre hypothèse pourra être testée prochainement
grâce à des observations au Pic du Midi ou au télescope Canada-France-Hawai  » conclut Corinne
Charbonnel.
Communiqué de presse écrit par Alice Bomboy, avec le soutien de la SF2A (Société Française d'Astronomie
et d'Astrophysique)
Voir aussi le communiqué du Journal A&A | et celui de l'Observatoire de Genève
Références
• (1) Thermohaline mixing : a physical mechanism governing the photospheric composition of low-mass giants
C.Charbonnel, J.-P. Zahn, 2007, Astronomy & Astrophysics, 467, L15
• (2) Inhibition of thermohaline mixing by a magnetic field in Ap star descendants : Implications for the Galactic
evolution of 3He C.Charbonnel, J.-P. Zahn, 2007, Astronomy & Astrophysics, sous presse
Contact
• Jean-Paul Zahn
(Observatoire de Paris, LUTH, et CNRS)
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