LES NEBULEUSES OBSCURES

Fabrice Morat

Les nébuleuses obscures ont toujours fasciné les hommes depuis les anciens aborigènes jusqu'à l'époque de l'illustre E. E. BARNARD. Puis la Terre s'est mise progressivement à s'illuminer artificiellement de toute part au détriment des beautés du firmament. De nos jours, qui connaît encore l'existence du Sac à charbon boréal "couvé" sous les ailes du Cygne ?

I – Nature physique

Les photographies de la voie lactée montrent souvent, dans les régions de grande densité stellaire, des taches sombres presque dépourvues d'étoiles. Deux hypothèses peuvent être imaginées pour rendre compte de ces apparences. Ou bien les taches noires correspondent à de véritables lacunes dans la répartition des étoiles, ou bien elles représentent des masses obscures interposées devant les nuées stellaires, comme des écrans opaques. L'étude sur la répartition céleste de ces corps suffit à écarter la première conception. Car il aurait fallu imaginer l'existence, non pas de simples cavités localisées devant les nuées stellaires mais de véritables tuyaux vides d'étoiles sur des longueurs de plusieurs milliers de parsecs. Vu l'énorme opacité du centre galactique, l'hypothèse semble fort improbable. Dans la seconde possibilité de l'interposition de masses obscures, réparties à peu près au hasard dans la Voie Lactée, il est naturel que le regard en rencontre un plus grand nombre dans les directions de grande épaisseur. Et même précisément dans la direction du rayon visuel, il n'est plus surprenant que l'on puisse rencontrer de réelles superpositions de nuages obscurs, chacun absorbant sa part en Magv. Le cas le plus illustre est celui du Sac à Charbon. De plus, sur beaucoup d'objets nébuleux connus (Rosette, Cocon, Trifide…), des marques d'absorption sont visibles comme de minces filaments opaques ou de petits globules noirs projetés sur le fond lumineux. Ceci nous apprend que les nébuleuses obscures sont très souvent associées du moins en apparence aux nébuleuses diffuses brillantes (type E ou R) comme nous l'avions relaté dans un précédent volet. De telles densités suffisent pour annihiler toute tentative de passage de la lumière. C'est d'ailleurs en grande partie à cause de ces nuées obscures qu'on ne peut voir le centre de notre Voie Lactée.

Désormais, on sait que ces objets du ciel profond sont à la fois les corps les plus froids (quelques degrés au dessus du zéro absolu) et les plus grands (jusqu'à 300 a.l.) de notre Galaxie. Ces nuages froids sont constitués de diverses poussières et d'hydrogène moléculaire (H₂). Ces grains de poussière, suffisamment opaques, sont un mélange de silicates, graphites, glaces et de divers métaux ferreux. Leur taille varie de 0,02 au quart de mm. Pour nous, terrestres, c'est comme ci on enfermait des particules de fumée dans de la glace !

Ce qui fait la force des nébuleuses obscures n'est pas leur densité mais leur épaisseur. Et lorsqu'ils opèrent par deux ou plus sur notre ligne de visée, l'extinction stellaire est garantie. On a alors un effet de rougissement de la lumière stellaire par dispersion du rayonnement bleu. Le même phénomène s'applique aux couleurs rougissantes de notre soleil couchant.

On distingue habituellement les nébuleuses obscures proprement dites, immenses, des globules de Bok de faible taille (de 1 à 3 a.l.) parfois nommés globules cométaires. Ces derniers, denses, très opaques, de forme ellipsoïdale ou sphéroïdale sont particulièrement abondants dans Sgr, Oph et Sct où on les sépare plus aisément en projection sur les nébuleuses brillantes. Ainsi, la Tête de Cheval serait un globule de Bok en formation. Là où ils ne contiennent que quelques centièmes de masse solaire sur un très petit volume, les grandes nébuleuses obscures peuvent contenir jusqu'à 100 masses solaires de poussière.

II – Répartition galactique

Cartes des nébuleuses obscures :

Ciel d'hiver
Ciel d'été

Les plages sombres se rencontrent souvent au voisinage du plan galactique bien que certaines apparaissent encore à plus de 20° de latitude galactique) et elles sont particulièrement abondantes autour du centre de la Voie lactée (Sgr et Oph), c'est-à-dire dans les directions où la Galaxie nous présente la plus grande épaisseur. La couronne galactique des nuages opaques s'amenuise un peu vers l = 240° (Pup/CMa) et aussi vers 70° (bas du Cygne). A noter que les petits globules sont surtout concentrés vers les très basses latitudes galactiques. Un second complexe nuageux est celui du Scorpius-Ophiuchi centré sur l = 5° et b = 20° (pour les coordonnées galactiques, se reporter à la carte globale de répartition). Une troisième concentration est fournie par le nuage moléculaire géant Orion-Taurus à l = 180° et b = -20°. Regardez bien la carte à cet endroit, que pensez-vous de cette dérive galactique des nébuleuses obscures de l'hiver "boréal" ? Et bien la déviation à ce niveau du plan galactique dans les latitudes australes est trompeuse car comme le fameux complexe nuageux Ori-Tau n'est pas très distant du Soleil, il est vu décalé par rapport à un point de fuite à l'infini comme le centre galactique. C'est donc un pur effet de perspective !

III - Caractéristiques observationnelles

L'astronome américain Edward Emerson BARNARD (1857-1923) qui a consacré presque toute sa vie à photographier systématiquement dans le bleu du spectre les diverses régions galactiques a découvert ainsi un grand nombre de ces plages lacunaires. Son Atlas photographique des régions choisies de la Voie lactée (A Photographic Atlas of Selected Regions of the Milky Way, 1927) demeure encore aujourd'hui une précieuse source d'informations surtout pour ses notes descriptives. Ses plaques originales en noir et blanc de 6 à 9° de champ sont magnifiques et très peu d'ouvrages circulent dans le monde (prix estimatif pour le chaland : 20000$). Une solution plus économique pour le spécialiste de nébuleuses obscures consiste à acquérir en 2 volumes une copie en miniature de l'œuvre originelle avec toutefois une résolution des photos un peu moins bonne. Seul le nom change: "Atlas of Selected Areas of the Milky Way".

Dans les catalogues, vous trouverez facilement pour chaque objet son indice d'opacité (Op), c'est-à-dire leur "noirceur", variant de 1 à 6.

1………. A peine plus sombre que ses environs, c'est le nuage le moins absorbant

6………. C'est le nuage le plus opaque, le plus sombre et apparemment le meilleur candidat à

la détection visuelle.

D'après LYNDS, ces valeurs tabulées correspondraient assez bien au nombre de Mag_v d'absorption du fond de ciel par la nébuleuse. Par exemple, la célèbre Tache d'encre B86 d'opacité 5 diminuerait le fond de ciel de 5 magnitudes !

A propos des tables, je me suis appuyé, pour la sélection jusqu'à  = -40°, sur les entrées du DSFG associé aux atlas Uranometria. Sa 2^ème version revisitée en 2001 est intéressante ici puisque qu'elle a vu son nombre de nébuleuses obscures plus que doubler : 367 sont désormais cataloguées dont l'intégralité des 349 Barnard.

Le nombre d'objets d'opacité 6 est assez impressionnant, j'en ai quand même sélectionné une liste assez exhaustive répondant au meilleur contraste visuel (voir prochain §). Etrangement, les nébuleuses obscures les moins opaques (Op1) sont si peu nombreuses qu'elles méritent d'être citées : B144 (c'est le Poisson sur un plateau), B141/331/332/237/234/239.

La forme de l'objet est principalement verbale mais apparaît quelquefois sous la forme codifiée suivante :

C………… circulaire

Co……….. aspect cométaire

E………… elliptique

Ir………… irrégulière

K………… en forme de haricot

S…………. en forme de "S"

Ces nuages sombres présentent donc des formes extrêmement variées. Beaucoup sont tout à fait irréguliers, étrangement découpés ou filamenteux. D'autres, surtout parmi les plus petits, sont ovales ou quasi-circulaires.

Leurs dimensions apparentes sont aussi très diverses : d'inférieur à la minute d'arc jusqu'à plusieurs degrés d'angle apparent. Le gros du troupeau se rangeant entre 30' et 60', il ne me restait donc plus qu'à vous présenter les plus étendues d'entre elles supérieures au degré dans leur plus grande dimension (voir table). Par contre, j'ai renoncé à vous énumérer les plus petites (sous les 5' pour un bon usage télescopique) car vraiment nombreuses. Par contre, j'ai remarqué que, malgré leur taille minuscule, elles revêtent un indice Op élevé (souvent à 6). On trouve dans cette catégorie nombre de candidats à d'éventuels globules (voir encadré).

Enfin, leur inclusion éventuelle est parfois codifiée par la lettre G. De nombreux globules revêtent à la fois l'Op6 et le type G. On les trouve donc incluses au cœur d'autres nébuleuses. Et parfois même, certains nuages obscurs s'emboîtent les uns dans les autres comme pour B169 (Cep) et B111 (Sct).

LE PETIT MONDE DES GLOBULES…

Les professionnels caractérisent ces minuscules formations de la manière suivante :

- petite taille, inférieure à 10' pour les globules de la Voie Lactée
- grande opacité centrale
- situation isolée, en dehors des grands complexes de poussière
- ellipticité moyenne de 2 (rapport a/b, grand axe sur petit axe).
Malgré tout, les postulants sont nombreux et Feitzinger & Stüwe ont déjà fait le tri dans une étude de 1984 en nous proposant 331 petits nuages moléculaires dont de nombreux "Barnard". Quelques valeurs sures : B68 près de la Snake Neb., B118 près de M11 ou encore B335 près de la Triple Cave.

Malgré tout, les postulants sont nombreux et Feitzinger & Stüwe ont déjà fait le tri dans une étude de 1984 en nous proposant 331 petits nuages moléculaires dont de nombreux "Barnard". Quelques valeurs sures : B68 près de la Snake Neb., B118 près de M11 ou encore B335 près de la Triple Cave.

IV - Aspect à l'oculaire

Les facteurs de visibilité semblent être les suivants :

- indice d'opacité (comme vu précédemment): qu'il faudra relativiser car pour les nébuleuses étendues, l'homogénéité des plages obscures n'est pas garantie. En d'autres termes, il peut avoir plus ou moins d'absorption dans certaines parties internes d'un même objet.

- état photométrique du fond de ciel avoisinant : la détection est facilitée si par exemple le champ d'étoiles en bordure de la nébuleuse est suffisamment dense ou si la nébuleuse obscure baigne dans une partie brillante de notre Voie Lactée ou même carrément dans une nébuleuse en émission.

Ce second facteur relatif à la densité de l'environnement stellaire et interstellaire n'est pas à sous-estimer. Voyez plutôt sur cet exemple: un nuage d'indice Op6 (i.e. de "noirceur" maximale) situé dans une zone stellaire pauvre sera bien moins contrasté qu'un même nuage se détachant sur fond stellaire riche. Ainsi, à l'œil nu, le Sac à Charbon d'ailleurs d'opacité non uniforme (Op3 ?) apparaît noir depuis des contrées australes seulement parce qu'il jouxte des parties brillantes de la Voie Lactée. Ce n'est que pure illusion, une observation télescopique laisse apparaître un fourmillement d'étoiles malgré la superposition de 2 ou 3 couches de nuages obscurs !

Aussi, pour toutes les tables jointes dans cet article, j'ai pris le temps d'examiner attentivement la situation galactique de chaque nébuleuse en me guidant d'après les courbes isophotes de notre Voie Lactée (Source: Sky Atlas2000 de Tirion) et en codant comme ceci :

"-" pour une situation hors Voie Lactée

"+" en bordure de celle-ci

"++" dans les parties les plus denses de celle-ci (zone médiane).

Sur ces dires, il est alors tentant de sélectionner également les objets très opaques en Op5 et bénéficiant d'un bon contraste (localisation ++). Dans le Cygne, on en rencontre 4, la plupart tapis sur fond de nébuleuse E. : B352 sur la North America, B343 sur IC1318 et B164 au Nord du Cocon. Dans Cep, B171 est incluse dans B169 ! J'ai relevé ainsi une douzaine de nébuleuses obscures assez intéressantes. Comme vous venez de le constater, de nombreux petits nuages obscurs la plupart bien définis semblent s'inviter devant les grandes draperies en émission : North America, gamma Cygni, Trifide, Lagune, Ced54, NGC 2264. On pourrait même avancer que lorsqu'elles se présentent sur les contours des nébuleuses E, elles sont une aide à la circonscription de leur hôte: c'est le cas d'IC1396 et plus rarement, c'est exactement l'inverse. La Tête de Cheval n'est-elle pas soupçonnée grâce à la présence d'IC434 ?

Maintenant, regardez la figure schématisant l'incidence de la lumière solaire sur les particules obscures. A vous de vérifier sur le terrain observationnel si ces explications théoriques semblent avérées. Sur mon dessin de B312 par exemple, il y a effectivement tout ce bord Nord plus marqué et plus brillant mais l'environnement stellaire immédiat n'est-il pas prioritairement en cause ?

Les nébuleuses obscures sont toutes abordables et n'offrent pas de réelles difficultés à l'oculaire comme certaines de leurs consoeurs en émission et par réflexion (voir volets précédents). Il faudra juste veiller à bien jongler avec les champs et la puissance des oculaires pour coller au mieux au contraste de l'objet. La seule difficulté, vous l'aurez compris, est la qualité de transparence du ciel.

LE SAC A CHARBON BOREAL…   20h40mn   41°

Il n'y a pas que le ciel austral à posséder son sac à charbon. Si votre ciel est totalement préservé, regardez du côté de la queue du Cygne. Peut-être que, par contraste, vous y verrez sous son aile déployée, une partie ovale plus sombre dont les contours extérieurs sont balisés par les étoiles Deneb, Sadr, Cyg et Cyg(Nu Cygni). Cette curieuse formation à l'œil nu n'est pas cataloguée en tant que nébuleuse obscure mais les atlas les plus récents ont tendance à le réhabiliter à l'instar du Pocket Sky Atlas de Sinnott. Attention toutefois de ne pas le confondre avec la fente de LeGentil3 située beaucoup plus au Nord. Et si vous essayiez de déterrer ce trésor perdu ?

V - Instrumentation particulière ?

Nous venons de voir que les nébuleuses obscures, dans le sens le plus général du terme, nous offrent donc toutes les apparences et visiblement des degrés d'opacité très variés, depuis les minuscules globules cométaires qui piquent la masse brillante de la Lagune (M8), jusqu'à l'immense ensemble de nuages absorbants qui divise la Voie Lactée en 2 branches, au niveau de l'Aigle.

Pour le spécialiste, sa boîte à outils visuelle s'étendrait donc de l'œil nu jusqu'au gros télescope. Mais l'amateur généraliste optera pour une bonne paire de jumelles ou pour un petit instrument travaillant à faible grossissement. Et il n'aura pas tort vu que la plupart des nuages obscurs sous-tendent une taille apparente généreuse supérieure au diamètre apparent de la Lune. Les pupilles de sortie fluctueront entre 3 et 7mm au gré de l'opacité mais aussi du contraste de l'objet par rapport au fond galactique. De grosses binoculaires sur pied apporteront beaucoup de plaisir à leur propriétaire. Un bon contraste instrumental (cas de jumelles de qualité), même s'il n'est pas indispensable, sera un plus en terme de détection visuelle en vous permettant de pratiquer sous ciel un peu moins transparent. Même si vous avez un petit télescope qui diffuse un peu mais opérant sous un bon ciel, ne boudez pas votre plaisir, vous n'êtes qu'en basse résolution que diable !

VI - Filtrage ?

De part leur spectre continu, cette famille d'objets nécessite rarement l'utilisation de filtres sélectifs. On pourra tout de même les essayer si des nuages obscurs jouxtent ou entaillent une nébuleuse en émission. Pensez au cas de la Tête de Cheval (B33) révélée au filtre Hβ. La nébuleuse émissive se découvre alors faiblement à l'œil (IC434 pour notre exemple) et par voie de conséquence, indirectement le globule de Bok. Mais combien de petites condensations opaques bloquent le rayonnement du fond interstellaire sans qu'il y ait pour autant de régions HII situées en arrière-plan ?! Aussi, c'est la qualité de transparence du ciel qui sera le facteur essentiel de réussite. A ce titre, elles ont un point commun avec les nébuleuses R.

Sur le même principe que le Soleil rouge sur un horizon impur, les nuages obscurs absorbent immédiatement les longueurs d'onde les plus courtes et seul le rouge passe. En imagerie mais je pense que c'est difficilement reproductible en visuel, in filtre rouge révèlera donc plus d'étoiles qu'un filtre bleu. Jusqu'à un certain point car si l'opacité augmente encore, même les plus grandes longueurs d'onde finissent par être absorbées. On pourra tenter également le filtre polarisant sur des très grands collecteurs de lumière.

Remarque générale: l'étude ci-avant ne comporte que les nébuleuses visibles sous nos latitudes (extraction DSFG bloquée à d=-40°).

VII- Annexes

Principaux catalogues spécialisés des nébuleuses obscures

LDN……… Lynds Dark Nebula. Catalogue photographique de 1806 nébuleuses obscures d'après les plaques rouges du POSS I (1962). Il laisse de côté les objets typiquement australs puisque la fenêtre galactique est réduite à: 0 < l < 240°.

B…………. E. E. BARNARD. Catalogue de 349 objets obscurs tirés de "a photographic atlas of selected regions of the Milky Way" (1927).

Be…..……. C. BERNES. Catalogue de 81 objets plus récents uniquement localisés dans le ciel austral et tirés de "a catalogue of bright nebulosities in opaque dust clouds" (1977).

HMSTG…. HARTLEY et al. Catalogue de 1101 objets australs situés plutôt en bordure de Voie Lactée (1986).

Abréviations

DSFG….Deep Sky Field Guide to Uranometria, vol.3 (Cragin&Bonanno)

POSS......Palomar Observatory Sky Survey

E……….Type de nébuleuse en émission

Op…….. Indice d'opacité

R............ Type de nébuleuse par réflexion

Liste des nébuleuses obscures communément admises

Liste des nébuleuses obscures très opaques (op6) et isophotes en ++

Liste des nébuleuses obscures très étendues (>1°)