Découverte de deux éruptions anciennes du monstre Eta Carinae

C'est une bien jolie découverte, inopinée, que vient de faire une jeune astrophysicienne de l'Université de l'Arizona : Eta Carinae, étoile géante massive connue pour avoir subi une forte éruption vers 1840 a en fait connu deux autres éruptions du même type, au 13ème et au 16ème siècles...

Au milieu du 19ème siècle, des astronomes aperçurent dans le ciel austral l'apparition de cette étonnante étoile dans la constellation de la Carène, qui se mit à briller de plus en plus fortement en plusieurs années, puis à décroître jusqu'à disparaître totalement à l’œil nu, à la manière d'une supernova, mais très différemment car avec une évolution beaucoup plus lente. Eta Carinae avait alors surpassé en éclat toutes les étoiles du ciel, sauf Sirius.

Eta Carinae resta un mystère durant quelques décennies jusqu'à ce que des télescopes puissants soient utilisés pour l'observer et y découvrent une grosse nébuleuse gazeuse en expansion, alors que sa luminosité se remettait à croître à partir du milieu du 20ème siècle.

La vaste nébuleuse difforme, appelée Nébuleuse de l'Homoncule, est désormais un des objets les plus emblématiques de l'Univers bizarre. Les astrophysiciens ont depuis compris que la matière de la nébuleuse avait été rejetée lors de la Grande Eruption de 1843 et qu'à l'intérieur de ce cocon infernal se trouvait un couple d'étoiles monstrueuses, des étoiles très massives et de grande taille, dont au moins l'une d'elles se trouve en fin de vie. 

La nébuleuse de l'Homoncule est si dense qu'on ne parvient pas à voir directement le couple d'étoiles supergéantes qui forme le système binaire Eta Carinae, et qui est situé à environ 7000 années-lumière de nous.

Les deux étoiles sont si imposantes que l'une d'elles engloberaient l'orbite de Mars si elle était à la place de notre Soleil. La plus massive des deux atteint environ 100 masse solaires.

C'est sans doute parce que la Nébuleuse de l'Homoncule est devenue un objet emblématique que le télescope Hubble en a fait une grande quantité de clichés (huit pour être exact) en 20 ans d'images diverses. Et c'est grâce à ces multiples images de la région de Eta Carinae que Megan Kiminki et son équipe ont fait leur découverte, alors qu'ils cherchaient tout autre chose.

L'objectif initial de Megan Kiminki était de mesurer les mouvements propres d'étoiles et de jets protostellaires, des flux rapides de matière éjectés par des jeunes étoiles durant leur formation, au sein de la nébuleuse de la Carène. Mais ces données lui permettaient aussi de pouvoir mesurer la vitesse des débris de la nébuleuse de l'Homoncule, éjectés par Eta Carinae. Megan Kiminki raconte :"J'étais en train d'aligner les images les unes par rapport aux autres. J'ai aperçu alors qu'avec celles dans lesquelles se trouvait Eta Carinae, je n'arrivais pas à les aligner correctement, or il nous fallait des points sans mouvement pour faire notre alignement. Et je me suis dit 'wow, une grande partie de toute cette matière est vraiment en train de bouger!' Et on a donc décider de regarder ces mouvements de plus près."

En alignant les images des multiples époques enregistrées par le télescope spatial Hubble, l'équipe de chercheurs est ainsi parvenu à suivre le mouvement de plus de 800 blocs de gaz éjectés par le couple d'étoiles infernal. Et à partir de la vitesse de ces masses de gaz, ils peuvent remonter à la date de l'éjection correspondante. Ce que Megan Kiminki et ses collaborateurs découvrent, c'est que la nébuleuse de l'Homoncule correspond bien à l'éruption du 19ème siècle, mais elle ne dit pas toute l'histoire... car il coexiste, plus loin du centre du système, d'autres masses de gaz, qui ont des vitesses très différentes, en norme et en direction. La distribution de vitesse des éjecta indique clairement l'existence d'anciennes éruptions qui ont eu lieu 300 ans et 600 ans avant la grande éruption du 19ème siècle.

Depuis les premières observations de son éruption au 19ème siècle jusqu'aux plus récentes observations avec les télescopes les plus performants de l'époque, Eta Carinae continue à bluffer les chercheurs. La question la plus fondamentale a toujours été celle de la cause de cette énorme éruption de 1843, et aujourd'hui, on découvre qu'il en a existé deux autres du même type dans le passé... Cette découverte s'apparente un peu à la reconstruction de l'histoire d'un volcan en trouvant des traces d'anciennes coulées de lave.

Un autre fait intéressant est que les traces des anciennes éruptions de Eta Carinae montrent également une géométrie très différente de celle de la nébuleuse de l'Homoncule, qui apparaît former deux gros bulbes de gaz semblant s'échapper des pôles de l'étoile, de manière symétrique par rapport à son axe de rotation. L'un des deux anciens éjecta est certes symétrique, mais orienté selon un tout autre axe que celui de la Grande Eruption. Quant à la plus ancienne éruption, celle datant du Moyen-Age, vers 1250, cette dernière apparaît très asymétrique, s'étendant dans une seule direction, ce qui suggère que les deux étoiles ont été impliquées dans le phénomène, car il est mécaniquement impossible qu'une telle éruption directionnelle soit le fruit d'une étoile seule.

Cette découverte étonnante révélant le passé de Eta Carinae représente un grand pas dans la compréhension de ce qu'est Eta Carinae et ce qui peut causer ces éruptions massives. Plus largement, elle permet de mieux appréhender comment meurent les étoiles très massives.

Megan Kiminki le dit : "Nous ne savons pas exactement ce qui se passe avec Eta Carinae, mais savoir qu'elle a connu trois grandes éruptions en 600 ans nous dit que le processus qui en est à l'origine est un processus récurrent. La probabilité que ces trois éruptions aient été causées par des mécanismes différents est très faible."

De fait, les éruptions de Eta Carinae fournissent une vue unique sur les dernières phases très instables de la vie des étoiles massives. Les spécialistes des supernovas ont déjà identifié une sous-classe de supernovas qui montrent de violentes éruptions juste avant leur explosion finale. Il se pourrait que Eta Carinae soit un spécimen de cette classe, le plus proche de nous.

Il est possible qu'à l'heure où vous lisez ces lignes Eta Carinae se soit déjà transformée en supernova, mais si elle l'a fait hier, nous ne le saurons que dans 7000 ans. Et si l'explosion a eu lieu il y a 7000 ans en revanche... il faudrait bientôt prendre un billet pour la Nouvelle-Zélande...

Il se peut également que Eta Carinae nous offre une nouvelle éruption dans les dizaines d'années qui viennent, certes moins puissante qu'une supernova, mais suffisamment spectaculaire pour valoir le voyage...

Source :

Ancient eruptions of η Carinae: A tale written in proper motions
Megan M. Kiminki et al.
Monthly Notices of The Royal Astronomical Society online (September 5, 2016)
http://dx.doi.org/10.1093/mnras/stw2019

Illustrations :

1) Eta Carinae et la nébuleuse de l'Homoncule imagées par le télescope Spatial Hubble (Nathan Smith (University of California, Berkeley) /NASA)

2) Megan Kiminki (Université de l'Arizona), auteure principale de cette étude.

3) Distribution des vitesses des éjecta de matière autour de Eta Carinae (M. Kiminki et al./NASA)