En utilisant les données du télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA, les astronomes ont découvert qu’IRS 3 – une étoile géante gonflée en orbite à seulement 0,55 années-lumière de Sagittaire A*, le trou noir central de la Voie lactée – continue de forger de la poussière de silicate et d’héberger des molécules d’eau malgré l’environnement de rayonnement le plus extrême de la Galaxie.
Au cœur de la Voie Lactée, Sagittaire A* domine un voisinage violent de rayonnement intense, de vents puissants et de stress gravitationnel.
Les astronomes se demandent depuis longtemps comment des molécules fragiles et des grains de poussière – la matière première des planètes et, à terme, de la vie – pourraient survivre si près d’un tel environnement.
« Les centres galactiques font partie des environnements les plus extrêmes, donc comprendre si les étoiles peuvent continuer à enrichir leur environnement est une question importante », a déclaré le Dr Florian Peißker, astronome à l’Université de Cologne.
« Avec Webb, nous pouvons observer directement le comportement des étoiles dans ces conditions et constater que la production de poussière reste remarquablement résiliente. »
IRS 3 est une géante rouge âgée d’environ 72 millions d’années et dont la masse est environ 6 fois supérieure à celle du Soleil.
L’étoile approche de la fin de sa vie, expulsant des couches de gaz et de poussière dans une phase que les astronomes appellent la branche géante asymptotique.
À l’aide du MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, le Dr Peißker et ses collègues ont produit le spectre infrarouge de l’étoile le plus complet jamais enregistré, ce qui résout une question de longue date sur la chimie de l’étoile.
Des observations antérieures au sol laissaient ouverte la possibilité qu’IRS 3 soit riche en carbone, mais les nouvelles données de Webb montrent deux caractéristiques d’absorption révélatrices qui ne sont produites que par des poussières à base de silicates riches en oxygène.
Cette combinaison exclut une composition dominée par le carbone et classe fermement IRS 3 parmi les géants riches en oxygène.
Peut-être plus frappant encore, les astronomes ont détecté des signatures claires de molécules d’eau dans la matière entourant l’étoile.
L’eau et d’autres molécules complexes sont notoirement fragiles, facilement brisées par les rayons ultraviolets et les rayons X du type de ceux qui s’échappent de la région autour d’un trou noir.
La découverte d’eau intacte si près du centre galactique suggère que l’enveloppe poussiéreuse de l’étoile est suffisamment épaisse pour protéger la chimie délicate de son environnement hostile.
« Cette découverte a été possible grâce aux instruments infrarouges très performants de Webb », a déclaré le Dr Macarena Garcia Marin, astronome à l’ESA.
« C’est la première fois qu’un spectre continu dans l’infrarouge moyen est collecté pour cette étoile, nous permettant de détecter les caractéristiques de la poussière de silicate et de découvrir la véritable identité chimique de l’étoile. »
Pour interpréter le spectre, les chercheurs ont construit des modèles informatiques de la coquille de gaz et de poussière entourant l’étoile à l’aide d’un code de transport de rayonnement appelé Hyperion, testant environ 100 000 variations avant de choisir le meilleur ajustement.
Les modèles pointent vers une étoile avec une luminosité environ 60 000 fois supérieure à celle du Soleil et une enveloppe organisée en plusieurs coquilles concentriques, chacune avec des températures, des densités et des compositions de poussière différentes : l’oxyde d’aluminium chaud proche de l’étoile cède la place à des grains de silicate plus froids plus loin, avec une chute de température d’environ 1 000 K à travers la structure.
« La détection de l’eau est particulièrement intéressante car elle montre que la matière moléculaire peut survivre dans un environnement dominé par un rayonnement intense », explique le Dr Macarena.
« Cela nous indique que même à proximité d’un trou noir supermassif, les étoiles peuvent continuer à apporter de la matière à leur environnement. »
Les résultats paraissent dans le journal Astronomie et astrophysique.
