Les étoiles géantes sont peut-être l’exemple ultime de « vivre vite, mourir jeune ». Contrairement à notre propre soleil, qui brillera pendant des milliards d’années, des étoiles plus massives peuvent brûler leur combustible thermonucléaire en seulement quelques millions d’années avant de se détacher de leurs couches externes et d’exploser dans une supernova spectaculaire.

Cette semaine, la NASA a dévoilé une image rare du télescope spatial James Webb (JWST) de l’une de ces géantes stellaires, une étoile Wolf-Rayet dans les dernières étapes fugaces de sa vie. Nommé WR 124, il se trouve dans la constellation de Sagitta et se trouve à environ 15 000 années-lumière de la Terre. L’étoile mourante a au moins 30 fois la masse de notre soleil, mais elle rétrécit rapidement lorsqu’elle projette du gaz chaud dans le vide froid de l’espace.

« Nous l’avons détecté tôt », explique Anthony Moffat, un astrophysicien à la retraite, qui a déjà observé WR 124 à l’aide du télescope spatial Hubble et n’a pas participé aux récentes mesures du JWST. Moffat étudie les étoiles Wolf-Rayet depuis des décennies. « C’est le plus jeune que je connaisse », dit-il. Le nuage coloré dans l’image – appelé quelque peu à tort une nébuleuse planétaire – n’a que quelques milliers d’années. Maintenant, « la nébuleuse étreint l’étoile », dit-il. Mais au fil du temps, il fleurira vers l’extérieur dans des coquilles en expansion ou des anneaux de gaz et de poussière.

Les étoiles sont les réacteurs de fusion de la nature, brillant de l’énergie libérée par la fusion de l’hydrogène pour former des atomes d’hélium. Une fois que les étoiles massives ont brûlé tout leur hydrogène, elles commencent à fusionner l’hélium en éléments plus lourds – grâce à une réaction de fusion plus énergétique qui soulève de puissants vents stellaires. S’écoulant à des vitesses supérieures à 150 000 kilomètres à l’heure, ces vents emportent avec eux les couches externes de l’étoile, éjectant d’énormes volumes de gaz et de poussière dans l’espace.

Ce gaz brille avec un rayonnement infrarouge, le même type de lumière que JWST détecte. Les astrophysiciens ont créé cette image spectaculaire en combinant les données de deux instruments du JWST, la caméra proche infrarouge (NIRCam) et l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument). Le télescope spatial Hubble, qui recueille principalement la lumière aux longueurs d’onde optiques, avait déjà capturé des images de WR 124, mais les observations du JWST montrent la nébuleuse en plein essor de l’étoile dans de nouveaux détails étonnants.

« Personnellement, la partie la plus excitante de cette image est que nous capturons un événement rare – c’est-à-dire une étoile Wolf-Rayet – avec un niveau de détail qui ne peut être atteint qu’avec JWST », explique Macarena Garcia Marin, astrophysicienne à l’Agence spatiale européenne, qui travaille avec MIRI.

Seules les étoiles massives peuvent subir la phase Wolf-Rayet, et toutes ne le font pas. Les astronomes ont estimé qu’il n’y a que 1 000 étoiles Wolf-Rayet dans notre galaxie, soit environ une sur 100 millions. Le plus proche se trouve à environ 1 000 années-lumière dans le système stellaire Gamma Velorum, visible depuis l’hémisphère sud. Les étoiles Wolf-Rayet peuvent être un million de fois plus lumineuses que le soleil, dit Moffat. « Ce qu’ils n’ont pas en nombre, ils le compensent par la lumière », ajoute-t-il.

« Cette poussière se répand dans le cosmos et finira par créer des planètes. Et c’est ainsi que nous en sommes arrivés là, en fait », a déclaré l’astrophysicienne de la NASA Amber Straughn lors d’une table ronde lors de la conférence South by Southwest 2023 à Austin, au Texas, où l’image a été révélée pour la première fois. « Je pense que c’est l’un des plus beaux concepts de toute l’astronomie. »

Mais alors que nous sommes tous faits de poussière d’étoiles, il semble y en avoir beaucoup plus dans l’univers que les scientifiques ne peuvent l’expliquer à partir d’un catalogue de base de sources évidentes. « C’est toujours un endroit intéressant pour être en science lorsque nos théories ne correspondent pas à nos observations – et c’est là que nous en sommes en ce moment avec la poussière », dit Straughn. Ces images détaillées du dénouement d’une étoile mourante, lorsqu’elle forge des éléments lourds et génère une poussière abondante, peuvent aider les scientifiques à affiner leur compréhension de ce processus fondamental.

Un jour – des milliers, voire des millions d’années d’ici là, mais essentiellement demain à l’échelle galactique – WR 124 explosera dans une supernova spectaculaire. Outre la riche abondance de poussière et d’éléments lourds, l’explosion pourrait laisser derrière elle un trou noir. Mais les physiciens n’ont pas un excellent moyen de prédire cela avec certitude. Moffat suppose que le reste de supernova pourrait plutôt stagner en tant qu’étoile à neutrons – la dernière étape avant qu’une étoile qui s’effondre n’atteigne l’oubli ultime d’un trou noir. Sans un aperçu d’un observatoire qui, pour nous, reste dans un avenir lointain, nous ne saurons peut-être jamais quel résultat se produira pour WR 124. Mais quoi qu’il en soit, son destin final reste le même, écrit dans les étoiles et les planètes qui ne se forment pas encore grâce à son généreux don de poussière cosmique.