Elle ressemble à un immense œil coloré perdu dans l’espace, mais M57, la nébuleuse de l’Anneau, est en réalité l’enveloppe expulsée par une étoile arrivée à la fin de sa vie. Également appelée Messier 57, NGC 6720, Ring Nebula ou nébuleuse de la Lyre, elle se trouve à environ 2 500 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Lyre.
Déjà spectaculaire avec Hubble, cette célèbre nébuleuse planétaire a dévoilé avec le télescope spatial James Webb une structure bien plus complexe qu’un simple cercle lumineux : quelque 20 000 globules de gaz dense, des filaments, des molécules carbonées, des rayons sombres et une dizaine d’arcs concentriques. Derrière sa jolie forme de beignet cosmique se cache donc une histoire stellaire plutôt mouvementée.
La nébuleuse de l’Anneau M57 observée dans le proche infrarouge par la caméra NIRCam du télescope spatial James Webb. Crédit photo ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson (CC BY 4.0).
À retenir
- M57, aussi appelée Messier 57, NGC 6720 ou Ring Nebula, est une nébuleuse planétaire de la constellation de la Lyre.
- Elle se trouve à environ 2 500 années-lumière de la Terre selon les estimations utilisées pour les observations de James Webb.
- Elle provient des couches externes expulsées par une étoile en fin de vie dont le cœur évolue vers une naine blanche.
- James Webb a révélé environ 20 000 globules denses riches en hydrogène moléculaire dans son anneau principal.
- Une dizaine d’arcs concentriques pourraient avoir été sculptés par un compagnon stellaire de faible masse.
- M57 ne ressemble à un anneau que parce que nous l’observons presque suivant son axe : sa structure réelle est beaucoup plus complexe.
- Avec une magnitude apparente d’environ 8,8, M57 peut être observée avec un télescope amateur dans de bonnes conditions.
M57 : une célèbre nébuleuse planétaire dans la constellation de la Lyre
La nébuleuse de l’Anneau se situe dans la constellation de la Lyre, non loin de Véga, l’une des étoiles les plus brillantes du ciel nocturne. Ses coordonnées sont approximativement 18 h 53 min 35 s en ascension droite et +33° 01′ 45″ en déclinaison.
Elle a été observée en 1779 par les astronomes français Antoine Darquier de Pellepoix et Charles Messier, indépendamment l’un de l’autre, alors qu’ils suivaient une comète passant dans cette région du ciel.
Messier l’a intégrée à son célèbre catalogue sous le numéro M57. L’objet porte également la désignation NGC 6720 dans le New General Catalogue.
Malgré son nom, une nébuleuse planétaire n’a absolument rien à voir avec une planète. L’expression remonte aux premiers astronomes qui, dans leurs petits instruments, trouvaient que ces objets ressemblaient vaguement à des disques planétaires.
Une étoile mourante au centre de la nébuleuse de l’Anneau
M57 n’est pas elle-même une étoile mourante : la nébuleuse est constituée de matière expulsée par cette étoile.
Après avoir consommé son combustible nucléaire, l’astre central est passé par une phase de géante rouge durant laquelle il a rejeté une grande partie de ses couches externes. Son cœur extrêmement chaud reste aujourd’hui visible au centre de la nébuleuse et évolue vers le stade de naine blanche.
Son intense rayonnement ultraviolet ionise la matière éjectée et la fait briller. Les magnifiques couleurs que nous voyons sur les images scientifiques représentent ainsi différentes émissions du gaz observées à diverses longueurs d’onde.
Ce mécanisme est très différent de celui des régions où de nouvelles étoiles sont en train de naître, comme la nébuleuse de la Tarentule observée par James Webb.
La nébuleuse de l’Anneau n’est pas vraiment un anneau
Vue depuis la Terre, M57 ressemble à une ellipse lumineuse presque parfaite. Il serait pourtant trompeur de l’imaginer comme un disque ou un simple anneau flottant dans l’espace.
Les observations de Hubble ont permis de reconstituer une structure tridimensionnelle beaucoup plus complexe. La partie brillante correspond essentiellement à un tore, autrement dit une sorte de beignet de gaz déformé.
Une structure plus diffuse, approximativement allongée comme un ballon de rugby, traverse son ouverture centrale et s’étend vers nous et dans la direction opposée.
Nous observons cet ensemble presque suivant son axe. Autrement dit, nous regardons pratiquement dans le trou du beignet cosmique, ce qui explique l’apparence caractéristique de M57.
Reconstitution de la géométrie de la nébuleuse de l’Anneau vue de côté : l’anneau principal forme une structure en tore traversée par des lobes de matière plus diffuse. Crédit photo NASA, ESA, A. Feild (STScI) (CC BY 4.0).
James Webb révèle environ 20 000 globules dans M57
Les observations réalisées avec le télescope spatial James Webb ont apporté un niveau de détail sans commune mesure avec les premières représentations de la Ring Nebula.
Sa caméra NIRCam, sensible au proche infrarouge, révèle notamment la structure extrêmement filamenteuse de la coquille brillante.
Les chercheurs y dénombrent environ 20 000 globules denses riches en hydrogène moléculaire. Leur diamètre caractéristique apparent n’est que d’environ 0,2 seconde d’arc et leur densité est estimée entre 100 000 et un million d’atomes d’hydrogène par centimètre cube.
Selon l’équipe qui a analysé les premières observations Webb, chacun de ces amas possède une masse de l’ordre de celle de la Terre.
Un mince anneau d’émission provenant d’hydrocarbures aromatiques polycycliques, ou HAP, a également été détecté. La présence de ces molécules carbonées dans cet environnement soumis au rayonnement intense de l’étoile centrale a particulièrement intéressé les chercheurs.
Webb montre également des sortes de « rayons » qui partent vers l’extérieur. Ils pourraient correspondre à des régions partiellement protégées du rayonnement de l’étoile par les globules très denses situés devant elles.
La capacité de NIRCam à révéler ce type de détails a déjà produit des images remarquables ailleurs dans notre galaxie, notamment dans les Piliers de la création observés par James Webb.
NIRCam et MIRI montrent deux visages différents de M57
James Webb ne dispose pas d’une seule « caméra infrarouge ». Les deux images les plus connues de M57 proviennent d’instruments observant des domaines différents.
NIRCam, la Near-Infrared Camera, travaille dans le proche infrarouge. Elle révèle particulièrement bien les filaments et les milliers de globules qui fragmentent l’anneau principal.
MIRI, le Mid-Infrared Instrument, observe à des longueurs d’onde plus grandes et fait davantage ressortir la structure des régions externes, notamment plusieurs arcs concentriques très faibles.
Les couleurs visibles sont des couleurs attribuées aux différentes bandes infrarouges enregistrées par les instruments. Elles servent donc à rendre lisibles des informations que nos yeux seraient incapables de percevoir directement.
La nébuleuse de l’Anneau observée dans l’infrarouge moyen par MIRI, qui met particulièrement en évidence les structures externes de M57. Crédit photo ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow, N. Cox, R. Wesson (CC BY 4.0).
Une dizaine d’arcs qui trahissent peut-être une autre étoile
L’un des résultats les plus intéressants des observations de James Webb se trouve au-delà de l’anneau principal.
MIRI montre environ dix arcs concentriques, faibles mais assez régulièrement espacés. Ils ne doivent pas être confondus avec les quelque 20 000 globules qui fragmentent l’anneau : ce sont des structures bien plus vastes situées dans le halo.
Leur régularité est difficile à expliquer par l’évolution d’une étoile complètement isolée.
Une étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society propose qu’un compagnon stellaire de faible masse ait modulé les éjections de matière avec une période orbitale d’environ 280 ans. Son orbite aurait un demi-grand axe de l’ordre de 50 unités astronomiques.
Encore plus loin, les astronomes connaissent déjà un autre compagnon partageant le mouvement de l’étoile centrale, situé à environ 15 000 unités astronomiques en projection.
Les chercheurs concluent ainsi que le système central de NGC 6720 est probablement un système stellaire triple. La jolie petite bague céleste commence à devenir une affaire de famille assez compliquée.
Hubble avait déjà révélé la véritable forme de M57
Dix ans avant la publication des images Webb, Hubble avait permis une étape majeure dans la compréhension de la nébuleuse.
L’image diffusée en 2013 combine des observations réalisées notamment par Hubble en septembre 2011 et des données infrarouges obtenues avec le Large Binocular Telescope en 2010.
Elle avait déjà montré que M57 n’était pas un simple anneau et révélé de nombreux nœuds sombres de gaz dense le long de sa bordure interne.
James Webb n’a donc pas rendu Hubble soudainement myope : les deux observatoires travaillent dans des domaines différents et leurs données se complètent.
La nébuleuse de l’Anneau M57 dans l’image publiée en 2013 à partir notamment d’observations de Hubble. Crédit photo NASA, ESA, C. Robert O’Dell (Vanderbilt University) (CC BY 4.0).
Cette complémentarité entre différentes longueurs d’onde se retrouve aussi dans les images de galaxies en spirales obtenues avec James Webb et Hubble.
Peut-on observer M57 avec un télescope amateur ?
Oui. La nébuleuse de l’Anneau est même l’une des nébuleuses planétaires les plus connues des astronomes amateurs.
Avec une magnitude apparente d’environ 8,8, elle n’est pas visible à l’œil nu, mais elle peut être repérée avec un instrument sous un ciel suffisamment sombre.
Pour trouver M57, il faut chercher la constellation de la Lyre puis les étoiles Sheliak, ou Beta Lyrae, et Sulafat, ou Gamma Lyrae. La nébuleuse se situe approximativement à mi-chemin entre les deux.
Dans de simples jumelles, elle reste minuscule et peut facilement être confondue avec une étoile. Un télescope de diamètre modéré permet de commencer à distinguer son aspect annulaire, tandis qu’un diamètre plus important et un ciel noir révèlent beaucoup mieux son centre plus sombre.
Il ne faut évidemment pas s’attendre aux couleurs de James Webb : l’œil humain reçoit beaucoup moins de lumière et ne transforme pas l’infrarouge en palette rose, orange et turquoise sur commande.
Pourquoi M57 reste un laboratoire précieux pour les astronomes
La nébuleuse de l’Anneau offre presque toutes les caractéristiques qui rendent les nébuleuses planétaires intéressantes : elle est relativement proche, brillante, structurée et suffisamment étendue pour être étudiée avec une grande précision.
Les données de James Webb couvrant environ 1,6 à 25 micromètres permettent désormais d’étudier simultanément le gaz très chaud de la cavité centrale, les molécules présentes dans la coquille, les globules denses et le halo beaucoup plus ténu.
Ces observations montrent surtout qu’une étoile à peu près sphérique peut produire, à la fin de sa vie, une nébuleuse extraordinairement structurée. Les compagnons stellaires semblent jouer un rôle important dans cette géométrie.
M57 n’est donc pas seulement une jolie cible pour les télescopes. C’est également une sorte d’archive tridimensionnelle des derniers épisodes de la vie de son étoile centrale.
Sources pour aller plus loin
- ESA/Webb — Webb captures detailed beauty of Ring Nebula
- ESA/Webb — image NIRCam de M57
- ESA/Webb — image MIRI de M57
- NASA — Messier 57, The Ring Nebula
- ESA/Hubble — Most detailed observations ever of the Ring Nebula
- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society — JWST observations of the Ring Nebula: imaging of the rings, globules and arcs
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