M1, nébuleuse du Crabe

 NGC 1952

  M1 (objet de Messier n° 1) ou NGC 1952, est la célèbre nébuleuse du Crabe issue des restes de la supernova mentionnée par des astronomes chinois le 4 juillet 1054. Située dans la constellation du Taureau, les indiens Anasazi d'Amérique l'ont aussi remarquée, comme en témoignent les découvertes de Navaho Canyon et White Mesa en Arizona. M1 est issue d'une explosion équivalent à la puissance de 400 milliards de Soleil. Si cela s'était produit à 50 al de la Terre, toute vie aurait disparu sur notre planète. 

  M1 fut visible dans la journée pendant 23 jours avec une magnitude de - 6, presque aussi brillante que la Pleine Lune. La nébuleuse du Crabe fut décrite comme étant 6 fois plus brillante que Vénus. Les chinois la baptisèrent "étoile invitée". Aujourd'hui sa magnitude globale est de 8,4 et 15,9 pour le pulsar central. Son faible éclat ne la rend pas visible dans de petits instruments. 

   M1 est éloignée  de 6300 al. Sa dimension apparente  représente approximativement 10 al. Sa vitesse d'expansion de 1800 km/s.

ascension droite          :   05 h 34,5 min
déclinaison                     :    +22°01'
dimension apparente   :   360" x 240"
magnitude                       :   8,4

   Il fallut attendre l'invention de la lunette pour que le physicien Anglais et astronome amateur, John Bevis,  découvre la nébuleuse du Crabe, M1, en 1731. Ce n'est que le 28 Août 1758 que Messier la prit tout d'abord pour une comète. Après avoir constaté que cela était impossible, il la consigna le 12 septembre 1758 dans ce qui allait devenir son catalogue. Ce n'est qu'en 1844 qu'elle fut appelée "nébuleuse du Crabe" par suite du dessin qu'en fit Lord Rosse. En 1939 John Ducan conclura que M1 est en expansion depuis au moins 766 ans. En 1942, Walter Baade pensa qu'une étoile pouvait en être l'origine. 6 ans plus tard, les scientifiques découvrent que M1 émet des ondes radio. En 1954, Baade trouva un puissant champ magnétique et en 1963, une fusée sonde découvrit l'émission de rayons X. En bande X son rayonnement est 100 fois supérieur à celui émis en visible. A sa distance, son éclat apparent correspond à une magnitude absolue de -3,2, soit 1000 fois la luminosité du Soleil. Sa magnitude totale, incluant tout le spectre, a été estimée à 100 000 fois le Soleil ou bien à 5.10³⁸ erg/s.  En 9 siècles, les astronomes n'ont retrouvé les témoignages que de 2 autres cataclysmes dans notre Galaxie: en 1572 et 1604.

 Voici une vue splendide de la nébuleuse du crabe, prise par le télescope spatial Hubble.

   Constituée de gaz et de poussières, matière éjectée lors de l'explosion, la nébuleuse du Crabe émet un rayonnement dans le rouge et un fond diffus bleuté. Le rayonnement forme un enchevêtrement de filaments brillants, mettant en évidence  le champ magnétique, avec un spectre d'émission comme les nébuleuses planétaires. Le rouge indique  que les électrons se sont combinés avec des protons pour former, entre autres, de l'hydrogène neutre. Quant au fond de couleur bleu, il est issu du rayonnement synchrotron hautement polarisé émis par des électrons de hautes énergies en mouvement rapide (proche de la vitesse de la lumière) dans un champ magnétique puissant. En raison de leur haute énergie (10¹¹eV), ces électrons ne peuvent provenir que de l'explosion initiale. Leur origine n'a été expliqué qu'en 1969, lorsque le pulsar fut découvert.

    Située à 6 000 al, la nébuleuse du Crabe s'étend à plus de 1 000 km/s, soit, à cette distance, 0,2" par an. Son diamètre actuel avoisine les 6 al.

Ci-dessous, nous voyons les filaments, observés en haute résolution, par le télescope spatial Hubble et l'on devine le rayonnement synchrotron du pulsar (couleur légèrement bleutée).

Le pulsar

    Constituée de gaz et de poussières, matière éjectée lors de l'explosion, la nébuleuse du Crabe (M1) émet un rayonnement dans le rouge et un fond diffus bleuté. Le rayonnement forme un enchevêtrement de filaments brillants avec un spectre d'émission comme les nébuleuses planétaires. Le rouge indique  que les électrons se sont combinés avec des protons pour former, entre autres, de l'hydrogène neutre.  Quant au fond de couleur bleu, au centre, il est issu du rayonnement synchrotron hautement polarisé émis par des électrons de hautes énergies en mouvement rapide (proche de la vitesse de la lumière) dans un champ magnétique puissant. Ce fond est visible dans l'image ESO du centre de M1, ci-dessous, mais d'autant mieux sur les images, ci-après, du pulsar vu par Hubble et en X par Chandra. A noter aussi le pulsar qui est le résidu de l'étoile explosée en 1054. Voir les images ci-après.

    Le noyau de l'étoile s'effondra pour former un pulsar, qui est l'un des objets exotiques du 20^e siècle.  C'est en 1968 que le pulsar du Crabe fut découvert et répertorié sous le n° NPO532. Comme un phare cosmique, ce pulsar balaie l'espace de son puissant champ magnétique à la vitesse d'un tour toutes les 33 millisecondes. Il génère un faisceau de rayonnements radio, X, visibles et gammas produisant 30 impulsions par seconde qui sont reçues sur Terre comme une puissante horloge.

SEDS

Credit: J. Hester and P. Scowen (ASU), NASA

  En utilisant toute une série de photos époustouflantes du télescope Hubble, les astronomes ont découvert le mouvement du pulsar. Nous voyons ci-dessus, les minces filaments de matière se mouvant autour du pulsar à la moitié de la vitesse de la lumière, créant un halo scintillant et une grande concentration d'émissions virevoltant au-dessus du pôle du pulsar. Le mouvement spectaculaire de la lumière autour du pulsar est créé par les électrons et les positrons (anti-électrons) spiralant dans les lignes de force du champ magnétique. Avec seulement 10 km mais plus massif que le Soleil, l'énergie du pulsar conduit la dynamique et les émissions de la nébuleuse du Crabe à plus de 10 al. Sur cette image le pulsar est l'étoile de gauche, au centre. Il tourne sur lui-même en 30 ms. Cette période est bien connue car le pulsar rayonne dans toute la gamme du spectre électromagnétique, depuis un point "chaud" de sa surface. Sa vitesse décroît lentement du fait de l'interaction magnétique avec la nébuleuse. C'est la source principale d'énergie provoquant le rayonnement lumineux. La nébuleuse du Crabe brille comme 75000 fois le Soleil.

   L'équipe du télescope spatial a trouvé que la matière n'était pas éjectée dans toutes les directions, mais elle est concentrée dans 2 jets polaires avec un vent solaire se déplaçant hors de l'équateur de l'étoile.

    La caractéristique la plus dynamique de l'intérieur du pulsar est le point où un jet polaire rencontre la matière environnante en formant une onde de choc. La forme et la position changent si rapidement que les astronomes parlent de "lutin dansant" ou de "chat sur une plaque chauffante". Le vent équatorial apparaît comme une série de filaments se raidissant, s'éclaircissant et s'affaiblissant comme s'ils s'éloignaient du pulsar en jaillissant du corps principal de la nébuleuse.

     En observant les ondulations se mouvant vers l'extérieur, on dirait une série de vaguelettes sur le bord de la plage, sauf que ces vaguelettes mesurent une année-lumière et se déplacent à travers l'espace à la moitié de la vitesse de la lumière. Mais on étudie pas un océan en regardant un instantané des vagues. Par leur nature les vagues de l'océan changent en permanence. On étudie l'océan en s'asseyant au bord de la plage et en observant comment les vagues roulent sur le bord. L'étude du déplacement au sein de la nébuleuse du Crabe, par le HST, est très significative car c'est la première fois que sont étudiés les effets d'un pulsar. Nous avons ainsi l'opportunité de découvrir un phénomène astrophysique de haute énergie. Les processus physiques oeuvrant au centre des galaxies actives et des quasars ressemblent à ceux du centre de la nébuleuse du Crabe. Mais dans ceux-ci nous ne pourront jamais les observer. Par exemple les 2 jets permettent de comprendre les 2 lobes d'émissions X découverts par les satellites Einstein et Rosat.

  Pour clore ce chapitre, il faut se souvenir que la densité d'un pulsar est gigantesque et peut atteindre: 1.10⁹ tonnes/cm³.

  La photo a été prise le 5 nov 1995 par la caméra planétaire à grand champ du HST à 550 nm, au milieu du spectre visible.

Le pulsar par Chandra en X

   Le pulsar tapi au cœur de la nébuleuse du Crabe, fournit à l'enveloppe gazeuse une énergie qui accélère son expansion. Il tourne sur lui-même à raison de 30 T/s. Le télescope X Chandra nous révèle les détails de ce moteur caché: le pulsar entouré d'un disque chaud (spirale) incliné, produisant des particules à très hautes énergies qui apparaissent avoir été projetées en avant, à une distance du pulsar supérieure à 1 al. Perpendiculaire à l'anneau, des jets éjectent des particules de hautes énergies. Le diamètre intérieur de l'anneau représente 1 000 fois le diamètre de notre Système solaire. Le rayonnement X de la nébuleuse est provoqué par les particules de très grandes énergies spiralant autour des lignes de forces du champ magnétique. La forme de cloche est due à l'interaction de l'immense bulle magnétique avec les nuages de gaz et de poussières environnants. 

    Cette image mesure 2,5 mn d'arc de côté.

crédit: NASA/CXC/SAO

Image composite du pulsar

   Plusieurs observations sur plusieurs mois, faites par les télescopes Chandra en X (en bleu) et Hubble dans le visible (en rouge), ont permis de réaliser cette photo composite montrant la matière et l'antimatière propulsées à des vitesses proches de la lumière dans le pulsar du crabe, une étoile à neutron en rotation rapide de la taille de Paris. Les filaments brillants qui se déplacent vers l'extérieur à la moitié de la vitesse de la lumière, forment un anneau en expansion rapide visible en rayonnement X et visible. Ils paraissent avoir pour origine une onde de choc qui apparaît à l'intérieur de l'anneau de rayons X. Cet anneau se compose d'environ deux douzaines d' "amas" qui se forment, brillent et s'évanouissent,  vibrent autour, subissent de temps en temps des explosions qui provoquent des nuages de particules en expansion, mais demeurent fermement au même endroit. Une autre caractéristique spectaculaire est le jet qui traverse de part en part le pulsar et qui est perpendiculaire à l'axe de rotation. De violents mouvements internes se manifestent, de même qu'un lent mouvement externe entoure la nébuleuse de particules et d'un champ magnétique. Pour David Burrows du Penn State, autre co-auteur de l'article, le jet est comme un courant issu d'une chaudière à haute pression, sauf que c'est un courant d'électrons de matière et de positrons d'antimatière qui se déplacent à la moitié de la vitesse de la lumière.

      Les régions internes de la nébuleuse du crabe (M1) qui entourent le pulsar furent observées par la caméra à grand champ du HST (Hubble Space Telescope) à 24 reprises entre août 2000 et avril 2001 à 11 jours d'intervalles et 8 fois par la caméra CCD du spectromètre de Chandra entre novembre 2000 et avril 2001. 

http://hubblesite.org/db/2002/24/images/a/formats/web.jpg

Credits: 

X-ray: NASA/CXC/ASU/J. Hester et al.; 

Optical: NASA/HST/ASU/J. Hester et al.

retour à supernova , étoile