Back to basics : nébuleuses à émission et champs magnétiques. Application à la Liberté.

[AstroChile 222]

Acquisitions entre le 25 janvier et le 22 avril 2021, systématiquement lors de la présence de la lune, à quasiment toutes les phases.

Planewave CDK 12.5, Paramount II, QHY600M. 

Maxpilote, TSX, Focusmax et PHD2

RGBSHO :  8x300, 9x300; 8x300, 34x300, 33x600, 34x600s

Obstech, Chili.

 

I– les bases : Nébuleuses à émission, Herschel, etc 

 

NGC 3576 est une nébuleuse en émission située dans la constellation de la Carène. Les nébuleuses en émission sont des nuages de gaz ionisé dans le milieu interstellaire (InterStellar Medium en anglais, ou ISM) qui absorbent la lumière d'une étoile chaude proche et la réémettent sous forme de couleurs variées à des énergies plus basses.  

 

Le milieu interstellaire est la matière qui, dans une galaxie, remplit l'espace entre les étoiles et se fond dans le milieu intergalactique environnant. Il est un mélange de gaz (ionisés, atomiques et moléculaires), de rayons cosmiques et de poussières. L'énergie qui occupe le même volume, sous forme de rayonnement électromagnétique, correspond au champ de rayonnement interstellaire.  

 

Elle a été découverte par l'astronome britannique Sir John Frederick William Herschel dans les nuits du 14 et du 16 mars 1834. John Herschel (7 mars 1792–11 mai 1871) était premier baronnet (rang intermédiaire entre celui de chevalier de la gentry - les aristocrates non-pairs - et celui de baron de la noblesse). Il s'agit du fils de Sir William Herschel, lui même astronome. Il était philosophe, physicien et météorologue et il compte parmi les pionniers de la photographie.  

 

 

John Herschel par Julia Margaret Cameron (1867). 

 

En observant la nébuleuse de la Liberté, Herschel a cru observer six objets différents à l'aide de ses instruments et c'est pour cette raison que cette nébuleuse a reçu six numéros différents dans le New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars de John Dreyer (NGC 3576, NGC 3579, NGC 3581, NGC 3582, NGC 3584 et NGC 3586). En général, on considère la nébuleuse dans son entier comme NGC 3576.  

 

Si le surnom de nébuleuse de la Statue de Liberté en raison de la forme centrale de celle-ci est une évidence pour tout le monde aujourd’hui, il s'avère que ce surnom n’a pourtant été suggéré qu’en 2009 par un autre médecin, le Dr Steven Mazlin. Elle est située à proximité de la nébuleuse de la carène comme le montre cette image tirée des archives de l’APOD (26 février 2010). 

 

 

APOD 26 02 2010, image de Dieter Willasch. 

 

La grande nébuleuse de la Carène, alias NGC 3372, s'étend sur plus de 300 années-lumière (l'une des plus grandes régions de formation d'étoiles de notre galaxie).

La flèche montre NGC 3576. L’ensemble de ces nébulosités est aussi appelé l’Arc de la Carène. 

 

 

II – Des bases au niveau intermédiaire... 

 

Dans les publications scientifiques, NGC 3576 est plus souvent référencée sous le nom RCW 57A. C’est une excellent candidat d’étude des régions d'hydrogène ionisé. Ces régions H II (lire « H 2 », différent de l'hydrogène moléculaire H2 et de l'hydrogène neutre atomique HI) sont des nébuleuses en émission constituées de nuages principalement composés d'hydrogène dont la plupart des atomes sont ionisés s'étendant sur plusieurs années-lumière. L'ionisation est produite par la proximité d'une ou plusieurs étoiles très chaudes, de type spectral O ou B, qui rayonnent fortement dans l'ultraviolet extrême, ionisant ainsi le gaz alentour à partir duquel ces étoiles se sont elle-mêmes formées. Une fois les particules de gaz restant dispersées par les vents stellaires provoqués par les étoiles les plus massives de l'amas stellaire nouvellement formé (voire par des supernovæ), ces régions H II laissent derrière elles des amas d'étoiles tels que celui des Pléiades. 

 

Mais avant ce stade, ces régions H II présentent souvent une architecture spectaculaire, avec des bulles sphériques ou en forme d'anneau, elles-mêmes bipolaires ou unipolaires et qui peuvent être “cerclées” par des nuages brillants, et/ou accompagnées de filaments. Ces éléments architecturaux ont surtout pu être mis en évidence grâce aux apports des missions spatiales récentes, telles que Herschel, Spitzer et WISE; qui ont montré que la plupart des nuages moléculaires présentaient une structure filamentaire et qu’ils étaient associés à une architecture prédominante en “bulles bipolaires”. Ces bulles s’avèrent être le résultat naturel de l'expansion anisotrope des fronts ionisants des régions H II hébergeant des étoiles massives de type O / B situées dans les filaments. L’image suivante montre parfaitement l’étendue de ces “bulles” dans le cas de la Liberté : 

 

 

Figure 0 : Image tricolore de la région RCW 57A réalisée à l'aide d'images WISE 4,6 μm (rouge), 2MASS Ks-band (vert) et DSS2 R-band (bleu).

Les contours jaunes entourant des flèches blanches représentent la structure bipolaire en forme de bulle observée en infrarouge moyen (MSX, Spitzer et WISE). Cette structure apparaît comme une boucle élargie étendue en bande R, comme le montre le contour jaune étendu dans la partie Nord. Le contour cyan épais représente l'émission radio de 3,4 cm du gaz ionisé, délimitant l'étendue de la région H II. Les contours blancs représentent le continuum d'émission des poussières à 1,1 mm, montrant un filament poussiéreux allongé du Nord-Est au Sud-Ouest, qui traverse la région H II. L'étendue du nuage moléculaire, à partir de l'émission de la raie CO(1-0) est représentée par le contour magenta (la ligne horizontale en bas du contour magenta est la limite de la zone cartographiée). Les directions possibles des flux de gaz éjectés sont représentées par des flèches blanches.

Notre champ d’acquisition est nettement plus petit. 

 

Ces champs magnétiques qui façonnent ces nuages vont donc jouer un rôle important dans la formation des étoiles. À l'échelle des nuages moléculaires, le champ agit en résistant à la contraction gravitationnelle du nuage en confinant les particules ionisées. Le confinement conduit à l'apparition de structures filamenteuses et, dans certains cas, le champ peut même "sortir" un nuage d'une "fragmentation en cascade". À plus petite échelle, le champ peut être responsable de la formation d'un disque circumstellaire autour d'une protoétoile, avec le plan du disque perpendiculaire au champ, c'est-à-dire en forme de sablier, collimatant ainsi les flux ou les jets le long des lignes du champ. 

 

III - niveau Intermediaire + 

 

Une manière d’étudier ces champs magnétiques consiste à mettre en évidence leur polarisation. La collision thermique avec les atomes de gaz fait tourner les grains de poussière et produit un moment dipolaire magnétique parallèle au petit axe. Les grains sont orientés avec leurs grands axes perpendiculaires au champ. La polarisation à partir du grain de poussière aligné peut être parallèle ou perpendiculaire au champ magnétique, selon que la polarisation est créée par la lumière des étoiles de fond absorbée préférentiellement dans une certaine direction sur le plan du ciel (en optique ou NIR) ou par rayonnement thermique par les grains de poussière eux-mêmes (en infrarouge thermique ou submillimétrique). La figure 1 montre les différentes circonstances de polarisation par la poussière interstellaire. 

 

 

Figure 1 : La polarisation des grains de poussière alignés 

 

L'étude de la polarisation se fait surtout dans le proche infra-rouge (NIR) (moins d’absorption par le nuage) afin de sonder la structure des champs magnétiques des régions massives de formation d'étoiles, comme le montre par exemple une magnifique image de la Flamme qui a fait tout récemment l’APOD (17 avril 2021).

 

Par contre, le fait que les bulles bipolaires soient le résultat naturel de l'expansion anisotrope des fronts ionisants des régions H II hébergeant des étoiles massives de type O / B situées dans des filaments ne fasse pas de doute n'est pas contradictoire avec le fait que les détails de leurs processus de formation et d'évolution soient par contre complexes à modéliser, comme l’évoque d’ailleurs le texte de l'image de la Flamme en APOD. En effet, les étoiles massives (> 8 M☉) ont des effets profonds et variés sur le milieu de leur nuage natal environnant en y déclenchant des flux expansifs par leurs rayonnements ionisants forts et par leurs vents stellaires puissants.  Ces flux peuvent soit engendrer de nouvelles zones d'effondrement du nuage de gaz conduisant à la formation de nouvelles étoiles, soit au contraire "nettoyer" le milieu environnant, mais ce serait sans compter l'association de la survenue de supernova, qui vont elles-mêmes déclencher ou arrêter la formation d'étoiles. 

 

 

 

Figure 2 : La polarisation de RCW 54A superposée à l'image SIRPOL H.

A gauche, chaque ligne rouge représente le vecteur de polarisation d'une géante rougie. À droite, les lignes bleues correspondent à des étoile non rougies (Eswaraiah el al. 2011) 

 

 

Pour plus de détails sur la complexité des interactions de ces phénomènes, je vous renvoie vers cette excellente étude de Eswaraiah et al. de 2017 référencée ci-dessous qui donne des clefs de compréhension des liens entre champs magnétiques, filaments, bulles bipolaires et formations d'étoiles dans RCW 57A (à travers l’étude de la polarimétrie en proche infra-rouge, donc, comme nous l’avons vu ci-dessus). 

 

 

Références :

 

 

Understanding the links among the magnetic fields, filament, bipolar bubble, and star formation in RCW 57A using NIR polarimetry. Eswaraiah C., Lai S.-P., Chen W.-P., Pandey A.K., Tamura M., Maheswar G., Sharma S., Wang J.-W., Nishiyama S., Nakajima Y., Kwon J., Purcell R. And Magalhaes A.M. The Astrophysical Journal, 850:195 (22pp), 2017 December 1 

 

Magnetic Field Structure inferred by Near Infrared Polarization in the Carina Nebula and RCW 57A. B. H. Su, W. P. Chen, C. Eswaraiah, M. Tamura, R. Kandori, N.Kusakabe, J. Hashimoto, J. Kwon, Y. Nakajima and A. K. Pandey. First International Conference on Chemical Evolution of Star Forming Region and Origin of Life. AIP Conf. Proc. 1543, 115-119 (2013) 

 

 

La team Astrochile :  @Jean-Philippe Cazard (aux curseurs) et @JB Gayet (au texte)

 

 

 

 

Pour le plaisir des yeux, les trois couches S, H et O dans leur jus  :

 

 

Couche S

 

 

Couche H

 

 

Couche O

[ALAING 59 752]

Un post super sympa et fort bien documenté

J'aime bien le portrait de William bien que j'eus préféré celui de Caroline

Merci pour les couches, je vais voir si je peux me faire une version . . . pas SHO

Bonne soirée,

AG

[JB Gayet 1 593]

il y a 2 minutes, ALAING a dit :

je vais voir si je peux me faire une version . . . pas SHO

 

Hahaha pourquoi ça ne m'étonne pas ?  You're welcome

[jeffbax 7 653]

Superbe image et un texte très instructif. Merci 👍

 

JF

[Vincent STEINMETZ 418]

Salut,

 

et le texte et l'image sont au top, bravo

 

ça fait plaisir de voir ces merveilles !

 

A+

Vincent

[Looney2 3 526]

Superbe image, super boulot, j'admire en silence. Bravo.

[Martin Bernier 8 593]

Superbe les gars 

Texte et image au top même si pas très fan du SHO 

 

Bravo

 

Martin

[JuLieN131 972]

Très chouette post, bien présenté et avec en plus une bien belle image 

Bravo!

 

Julien

[Philippoïde 6 856]

Belle image et merci pour la page d'infos

Glob

[Sauveur 27 422]

Très beau et bien documenté!

 

bon ciel

[penn 20 255]

Magnifiquement illustré et informé, un grand bravo à tous les deux  

[baroche 8 528]

Bravo les gars  ...

[Bigcrunch 2 512]

bravo la team pour ce beau tableau avec de belles couleurs , merci pour tous les explications..

je trouve que les couches d'acquisitions sont assez homogènes pas de couche qui domine plus qu'une autre ...

bravo

 

Olivier

[COM423 13 803]

Magnifique travail, très belle image et merci pour le soin et le temps passé pour l'accompagner de toutes ces explications, çà rend l'image encore plus intéressante !

Sympa aussi d'avoir mis, en plus de la composition, les 3 couches séparées.

 

Juste une question:

12 hours ago, AstroChile said:

systématiquement lors de la présence de la lune, à quasiment toutes les phases.

d'habitude on essaie de l'éviter (même si avec les filtres, c'est moins important). Sa présence systématique était voulue (challenge ?) ou c'est juste le fruit du hasard ?

[Jean-Philippe Cazard 3 972]

Merci à tous pour ces commentaires élogieux !

 

il y a une heure, COM423 a dit :

Juste une question:

Il y a 13 heures, AstroChile a dit :

systématiquement lors de la présence de la lune, à quasiment toutes les phases.

d'habitude on essaie de l'éviter (même si avec les filtres, c'est moins important). Sa présence systématique était voulue (challenge ?) ou c'est juste le fruit du hasard ?

 

C'est simple :  lorsque la Lune est très présente, seules les acquisitions avec des filtres étroits (S, H, O) sont possibles. Donc pour les nuits avec la Lune, nous privilégions les cibles qui ont un intérêt en SHO, c'est à dire les nébuleuses ... Les nuits sans Lune étant plutôt dédiées aux galaxies ...

 

 

[idir 439]

Très belle photo, très beau post avec toutes les explications !
Vraiment mes félicitation pour ce travail.
La palette de couleurs est très nuancée dans la moitié de la photo à droite (autour de la statue), j'adore !!!

Simple curiosité : je suis surpris de voir que vous n'utiliser pas prism ...
Pourquoi juste 300s pour les prises en "S" au lieu de 600s comme pour les H et O ?

En tout cas bravo à l"équipe pour ce partage.

Idir

[idir 439]

j ai pas vu de lien vers la full 

 

[polo0258 38 858]

 bravo jp et bravo jb ! magnifique image et magnifique histoire !

 polo

[JB Gayet 1 593]

Il y a 2 heures, idir a dit :

Pourquoi juste 300s pour les prises en "S" au lieu de 600s comme pour les H et O ?

 

 

Oooops bien vu, c'est bien 600 s ...

 

Pas de lien, elle est en full si tu cliques dessus, tu devrais l'avoir en full (parfois en deux temps, il faut bouger la souris, je crois) 

Modifié 29 avril 2021 par JB Gayet

[jldauvergne 15 386]

Il faut que je vois tout ça sur un pc, je reviens !

[Laurent51 2 866]

salut tout les deux!!

 

belle version de cette nébuleuse flamboyante!!! Et comme toujours merci pour les commentaire très complets!

 

Bravo!

Laurent Bernasconi

 

[jldauvergne 15 386]

sur PC c'est superbe !

[yanneric 558]

Merci pour cette magnifique image et la lecture instructive !

[Jean-Claude Mario 5 782]

Belles acquisitions et beau rendu final, elle détonne la couche O avec son gros signal. Impressionnant travail de recherche pour JB, c'est à prendre le temps de lire en profondeur.

Jc