James Webb détecte de l'eau et de la poussière autour d'une étoile mourante, à seulement 0,55 année-lumière du trou noir de la Voie lactée

James Webb a détecté de l’eau et de la poussière de silicate autour d’IRS 3, une étoile en fin de vie, à 0,55 année-lumière de Sagittarius A*, le trou noir supermassif de la Voie lactée. L’observation contredit l’hypothèse selon laquelle le rayonnement intense du centre galactique empêcherait ces molécules de s’accumuler.

Le Soleil n’a pas de voisine avant 4,3 années-lumière, la distance qui le sépare de Proxima du Centaure. Au centre de la Voie lactée, les étoiles se pressent à 0,4, parfois 0,04 année-lumière les unes des autres. C’est dans cette foule stellaire que le télescope Webb a repéré IRS 3, une étoile six fois plus massive que le Soleil et âgée de 72 millions d’années, en train de rejeter ses couches externes aux abords du trou noir supermassif Sagittarius A*.

MIRI capte le premier spectre continu de l’étoile

Au sein de la communauté, on ne connaissait pas bien la nature chimique d’IRS 3. Une étude menée par interférométrie en 2008 avait classé l’étoile parmi les objets riches en carbone. L’instrument MIRI, à bord de James Webb, a recueilli le 21 avril dernier, en seulement 1 500 secondes de pose, le premier spectre infrarouge continu de l’étoile. On y a vu deux signatures d’absorption : un étirement des liaisons silicium-oxygène à 9,7 microns et une flexion des liaisons oxygène-silicium-oxygène à 18,5 microns. On ne rencontre ce rapport entre les deux profondeurs optiques, 3,5, que chez les étoiles riches en oxygène ; les étoiles carbonées ne peuvent pas produire la seconde signature, faute de liaisons silicium-oxygène. IRS 3 est donc une étoile riche en oxygène, et non en carbone comme l’indiquait l’étude de 2008.

Le paradoxe des géantes rouges manquantes

Le rayonnement ultraviolet intense de Sagittarius A* et de l’amas d’étoiles qui l’entoure devrait, en théorie, dissocier les molécules avant qu’elles ne s’accumulent. La détection d’eau perturbe, voire contredit cette prévision. Le parsec central de la Voie lactée abrite par ailleurs des millions d’étoiles, dont une partie devrait, compte tenu de son âge, se trouver au stade de géante rouge évoluée. IRS 3 reste la seule à afficher une enveloppe de poussière visible aussi près du trou noir, un déséquilibre que les astronomes appellent le paradoxe des géantes rouges manquantes. Son rythme de perte de masse, environ 6 × 10⁻⁵ masse solaire par an, dépasse le seuil nécessaire pour résister à l’arrachement par le rayonnement et les forces de marée. Elle garde une coquille de poussière repérable, là où d’autres étoiles semblables en sont probablement dépouillées.

IRS 3 n’est qu’une cible parmi d’autres pour le programme d’observation MICONIC (Mid-Infrared Characterisation of Nearby Iconic galaxy Centres), qui vise à caractériser systématiquement les propriétés infrarouges des noyaux de galaxies proches. « Les centres galactiques comptent parmi les environnements les plus extrêmes ; comprendre si des étoiles peuvent continuer à enrichir leur environnement y est donc une question importante », a expliqué Florian Peißker, chercheur à l’université de Cologne et auteur principal de l’étude. Lors d'observations antérieures menées avec le réseau ALMA il avait déjà repéré, à 1,6 million d’unités astronomiques de l’étoile, une coquille de poussière plus froide, trace d’une matière éjectée depuis des milliers d'’années.

D'’autres signatures sont apparues dans le spectre de MIRI : des traces possibles de dioxyde de carbone vers 15 microns et des bandes d’hydroxyle entre 14 et 17 microns. L’équipe les a réservées à une autre analyse.