Nébuleuses planétaires — la fin silencieuse

L'article sur les supernovae raconte la fin bruyante — mais c'est la grande exception. Plus de quatre-vingt-dix pour cent des étoiles, le Soleil compris, meurent en silence : elles n'explosent pas, elles se dissolvent. Pendant quelques dizaines de milliers d'années naît alors l'un des plus beaux objets que connaisse le ciel — une nébuleuse planétaire. La galerie en possède deux spécimens : l'Haltère M 27 — et la nébuleuse de l'Anneau M 57 comme contre-épreuve de l'angle de vue.

De la géante au rond de fumée

Une étoile semblable au Soleil passe des milliards d'années à fusionner l'hydrogène en hélium — la paisible phase de la séquence principale de l'article sur la vie des étoiles. À la fin, elle se dilate en géante rouge, devient instable, pulse — et perd ce faisant toute son enveloppe extérieure dans l'espace. Il reste le cœur mis à nu : à peine grand comme la Terre, mais chauffé bien au-delà de 100 000 degrés. Sa lumière ultraviolette dure ionise l'enveloppe qui s'éloigne et la fait briller — stratifiée de l'intérieur vers l'extérieur, [O III] turquoise au centre, Hα rouge au bord.

L'axe du temps est le sel de l'histoire : des milliards d'années de préparation, des milliards d'années d'épilogue — et entre les deux une nébuleuse qui n'existe que quelques dizaines de milliers d'années. Une nébuleuse planétaire n'est pas un lieu, c'est un instant.

Le sablier et l'angle de vue

Presque aucune enveloppe éjectée n'est une sphère. Le gaz s'échappe le plus souvent de préférence le long d'un axe — freiné par une ceinture plus dense à l'équateur, façonné par la rotation, les champs magnétiques ou une étoile compagne. Le résultat est un sablier, et ce que nous en voyons dans le ciel est avant tout une question de projection : M 27 nous montre le sablier de côté et ressemble ainsi à une haltère ; la célèbre nébuleuse de l'Anneau M 57 est selon toute vraisemblance un objet très semblable — vu du pôle.

Haltère et anneau ne sont pas des classes d'objets différentes, mais deux angles de vue sur la même forme de base. La nature construit des sabliers — le ciel décide de la silhouette que nous en recevons.

Quelques points qu'il faut savoir à ce sujet :

Elles n'ont rien à voir avec les planètes. Le nom est un malentendu du XVIIIe siècle : les petits disques ronds vus au télescope rappelaient à William Herschel le disque verdâtre de son Uranus fraîchement découvert. Le nom est resté — l'astronomie le traîne avec elle depuis lors.
Le turquoise a mené la physique par le bout du nez pendant des décennies. Lorsque William Huggins releva pour la première fois, en 1864, le spectre d'une nébuleuse planétaire, il y trouva une raie verte ne correspondant à aucun élément connu — on baptisa la substance présumée « nébulium ». Ce n'est qu'en 1927 qu'Ira Bowen le montra : il s'agit d'oxygène ordinaire dans un état qu'il ne peut adopter que dans un vide presque parfait — la raie « interdite » [O III]. Pas un élément nouveau, mais un gaz plus ténu que ce qu'aucun laboratoire de l'époque pouvait produire.
Elles sont rares, bien que presque toute étoile finisse ainsi. Quelques milliers de nébuleuses planétaires sont cataloguées dans la Voie lactée — pour des centaines de milliards d'étoiles. La raison en est leur brièveté : ce qui n'existe que quelques dizaines de milliers d'années n'est, à un instant donné, visible presque nulle part.
Ce sont des stations de recyclage. L'enveloppe éjectée ramène dans le milieu interstellaire le carbone et l'azote que l'étoile a forgés en son sein — matière première pour la génération suivante de berceaux d'étoiles. Le carbone de tout être vivant est passé par des enveloppes exactement semblables.
Le Soleil figure sur la même liste. Dans quelque sept milliards d'années, lui aussi rejettera son enveloppe et finira en naine blanche. Que sa nébuleuse s'illumine vraiment est en fait débattu — sa masse se situe près de la limite inférieure à laquelle le cœur devient assez chaud assez vite pour ioniser l'enveloppe encore à temps.
Vieille signifie grande, pâle et presque invisible. Sur les plaques du Palomar Sky Survey, George Abell trouva en 1955 des dizaines de nébuleuses planétaires qui avaient échappé à tous avant lui : des enveloppes très étendues et raréfiées, au terme de leur existence. Abell 79, dans cette galerie, en fait partie — et son étoile centrale est une naine froide dont la lumière ne peut absolument pas expliquer l'ionisation observée. Seul un compagnon chaud et invisible fait tomber le calcul juste. Les étoiles doubles au centre passent aujourd'hui pour la raison principale du fait que tant de nébuleuses soient des sabliers plutôt que des sphères.
Pour les filtres duo-bande, elles sont l'objet de démonstration par excellence. Les nébuleuses planétaires brillent presque exclusivement en [O III] et en Hα — exactement les deux raies que le filtre laisse passer. Pourquoi la lumière de raie se laisse filtrer si proprement, c'est l'article sur les couleurs qui l'explique.