Le télescope James-Webb révèle de spectaculaires images des restes de la supernova Cassiopée A

Cassiopée A est une source radio astronomique puissante, la deuxième en intensité dans une bande de longueurs d'onde après le Soleil qui a été découverte en 1947 au moment de l'essor de la radioastronomie. On ne lui a découvert une contrepartie dans le visible qu'en 1950, un reste de supernovareste de supernova formant une sorte de bulle de plasma chaud à environ 30 millions de degrés et en expansion dans la Voie lactée à environ 11 000 années-lumière du Système solaire.

En l'étudiant de plus près, les astronomesastronomes ont été stupéfaits car la vitessevitesse d'expansion de la bulle causée par l'explosion d'une étoileétoile massive était de l'ordre de 4000−6000 km/s. Connaissant sa taille actuelle et en rembobinant en quelque sorte le film de l'explosion, on pouvait en déduire qu'elle s'était produite probablement vers 1667. Or, il n'existe aucune preuve qu'elle ait été signalée par des observateurs sur Terre comme une étoile nouvelle sur la voûte céleste. On suppose que la lumière émise a dû être fortement absorbée par de la poussière interstellairepoussière interstellaire, produisant une source lumineuse de magnitudemagnitude trop faible pour être notée malgré sa proximité au Soleil.

Cassiopée A, une fenêtre sur l'explosion des étoiles

On appelle SNSN 1667 la supernova à l'origine de Cassiopée A, parfois suivie d'un point d'interrogation (SN 1667?) pour signifier que la date n'est pas connue avec certitude. L’étude de son reste peut nous donner des renseignements sur les étoiles massives qui sont responsables de la nucléosynthèse de bien des éléments qui font de nous des poussières d'étoiles comme aimait à le dire le regretté Hubert Reeves.

Ce reste est donc depuis longtemps l'un des objets de choix des astronomes qui l'ont déjà étudié avec des télescopestélescopes dans l'espace à diverses longueurs d'onde, les rayons Xrayons X avec ChandraChandra et IXPE, l'infrarougeinfrarouge avec Spitzer ou le visible avec HubbleHubble. C'est la deuxième fois aujourd'hui que le regard du télescope spatial James-Webb (JWSTJWST) est tourné vers lui par la NasaNasa et l'ESAESA qui révèlent de nouvelles images prises à cette occasion.

« Grâce à la résolutionrésolution du NIRCam, nous pouvons maintenant voir comment l'étoile mourante s'est complètement brisée lorsqu'elle a explosé, laissant derrière elle des filaments semblables à de minuscules éclats de verre. C'est vraiment incroyable, après toutes ces années à étudier Cas A, de pouvoir maintenant résoudre ces détails, qui nous fournissent un aperçu révolutionnaire de la façon dont cette étoile a explosé », explique à cette occasion Danny Milisavljevic de l'Université Purdue qui dirige l'équipe de recherche derrière les nouvelles images en fausses couleurscouleurs, indiquant des bandes de longueurs d'ondes permettant aux instruments du JWST de faire des observations dans l'infrarouge invisible à l'œilœil.

© Nasa, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Princeton University)

Cassiopée A sous le regard perçant du JWST

Sur l'image ci-dessus déclinée en quatre gros plans dans les encadrés, on peut voir plusieurs caractéristiques intéressantes du reste de la supernova Cassiopée A, vues avec la NIRCam (Near-Infrared CameraNear-Infrared Camera) de Webb. Un communiqué de la Nasa en donne les descriptions suivantes :

1.      Dans cet encadré, le pouvoir de résolution élevé de NIRCam permet de détecter de minuscules concentrations de gazgaz contenant des atomesatomes ionisés de soufresoufre, d'oxygèneoxygène, d'argonargon et de néonnéon, provenant de l'étoile elle-même quand elle effectuait de la nucléosynthèsenucléosynthèse d'éléments. Les filaments de débris trop petits pour être résolus ont un diamètre comparable ou inférieur à 10 milliards de kilomètres (environ 100 unités astronomiquesunités astronomiques). Les chercheurs disent que cela représente la façon dont l'étoile s'est brisée comme du verre lorsqu'elle a explosé.
2.      Les trous circulaires visibles sur l'image de l'encadré sont cette fois-ci de MiriMiri (Mid-Infrared Instrument) à l'intérieur de ce que les astronomes ont appelé le monstre vert, une boucle de lumière verte dans la cavité interne du Cas A, sont légèrement délimités par une émissionémission blanche et violette sur l'image NIRCam -- cela représente un gaz ionisé. Les chercheurs pensent que cela est dû aux débris de supernova qui traversent et sculptent le gaz éjecté par des éruptions de l'étoile avant son explosion.
3.      Il s'agit de l'un des rares échos lumineux visibles sur l'image de Cas A prise par NIRCam. Un écho lumineux se produit lorsque la lumière de l'explosion de l'étoile émise il y a longtemps atteint et réchauffe la poussière lointaine qui brille en refroidissant.
4.      NIRCam a capturé un écho lumineux particulièrement complexe et important, surnommé Baby Cas A par les chercheurs. Les mesures indiquent qu'il est situé à environ 170 années-lumière derrière le reste de la supernova.

Cette image fournit une comparaison côte à côte des restes de supernova Cassiopeia A (Cas A), tels que capturés par la NIRCam (caméra infrarouge proche) et la Miri (instrument infrarouge moyen) du télescope spatial James-Webb de la Nasa. À première vue, l’image NIRCam de Webb semble moins colorée que l’image Miri dans son ensemble, cependant, cela est uniquement dû aux longueurs d’onde dans lesquelles le matériau de l’objet émet sa lumière. L'image NIRCam apparaît un peu plus nette que l'image Miri en raison de sa résolution accrue. La périphérie de la coque intérieure principale, qui apparaît en orange foncé et rouge sur l'image Miri, ressemble à la fumée d'un feu de camp sur l'image NIRCam. Cela marque l'endroit où l'onde de souffle de la supernova s'enfonce dans la matière circumstellaire environnante. La poussière contenue dans le matériau circumstellaire est trop froide pour être détectée directement dans les longueurs d'onde du proche infrarouge, mais s'illumine dans le moyen infrarouge. © Nasa, ESA, CSA, STScI, Danny Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Princeton University)

Les régions diffusant avec la couleur blanche trahissent la lumière du rayonnement synchrotronrayonnement synchrotron, qui est émise sur une large part du spectrespectre électromagnétique, y compris dans le proche infrarouge accessible au JWST. Comme l'explique le prix Nobel de Physique Richard Feynman dans son célèbre cours de physique, ce rayonnement est généré par des particules chargées se déplaçant à des vitesses extrêmement élevées en spirale autour des lignes de champ magnétiquechamp magnétique. Le rayonnement synchrotron est également visible dans les coquilles en forme de bulle situées dans la moitié inférieure de la cavité interne.