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A la recherche de l’Univers Froid Les enveloppes circumstellaires des étoiles de la Branche Asymptotique des Géantes

1er octobre 2001

Les étoiles de masse comparable à celle du Soleil, jusqu’à 5 à 6 fois celle-ci (Mo), après avoir passé plusieurs milliards d’années à brûler leur combustible, l’hydrogène, en hélium, traversent une phase plus active, où elles vont alors brûler d’abord l’hydrogène restant dans une coquille mince au bord du coeur de l’étoile, puis l’hélium et le carbone. Pendant cette phase, l’atmosphère de l’étoile grossit énormément (de plusieurs ordres de grandeur) et sa luminosité est bien plus grande : l’étoile est devenue une géante rouge de la Branche Asymptotique. C’est aussi une phase d’instabilité atmosphérique, et des oscillations de rayons et de luminosité sont observables. Dans cette phase, les étoiles perdent régulièrement de la masse, à un taux qui peut atteindre 10-5 Mo par an, et avec des vitesses d’éjection de l’ordre de 5 à 20 km/s. Cette perte de masse pouvant durer jusqu’à un million d’années, les étoiles s’entourent ainsi progressivement d’une enveloppe qui peut atteindre plusieurs masses solaires, et des dimensions importantes, de l’ordre d’une année-lumière, avant de se diluer dans le milieu interstellaire.La matière à la surface d’une étoile géante rouge se trouve à une température de l’ordre de 2000 à 3000 degrés Kelvin. Lorsqu’elle est ejectée elle occupe un volume de plus en plus grand et se refroidit ainsi. Mais il y a aussi des processus de chauffage par le rayonnement interstellaire ou les rayons cosmiques. Le gaz interstellaire, lorsqu’il est sous forme atomique (HI) est en moyenne observé entre 50 et 100 degrés Kelvin. On s’attendait cependant à ce que le gaz atomique circumstellaire en expansion, dans le cas de vents très massifs, puisse atteindre des températures beaucoup plus basses de l’ordre de 10 à 15 degrés Kelvin. Des observations faites récemment avec le Radiotélescope de Nançay, dans la raie à 21 cm de l’hydrogène atomique (HI), ont montré que la matière éjectée par l’étoile IRC+10216 pouvait se refroidir encore plus et atteindre une température très basse, inférieure à 4 degrés Kelvin, proche donc de celle du rayonnement cosmique à 3 K. Dans le milieu interstellaire, les observations montrent que l’hydrogène atomique se trouve en général à des températures de l’ordre de 50 à 100 degrés Kelvin, alors que les nuages moléculaires sont en général plus froids, de l’ordre de 10 à 15 degrés Kelvin. Cependant, des observations de HI en absorption dans les directions de plusieurs radio-sources extra-galactiques ont révélé que, dans certaines regions, l’hydrogène atomique peut se trouver à des températures plus basses, de l’ordre de 20 degrés Kelvin. Récemment, les astronomes canadiens, Knee et Brunt (Nature volume 412, page 308), ont découvert en HI un grand nuage interstellaire extrêmement froid, avec une température de l’ordre de 10 degrés Kelvin.

Une vue du système focal du Radiotélescope

Photo prise par Vincent Meens (CNES-Toulouse)

Reference Le Bertre T., Gérard E. : 2001, "Cold HI in IRC+10216", Astron. and Astrophys., 378, L29 Contact Thibaut Le Bertre (DEMIRM, Observatoire de Paris) Eric Gérard (ARPEGES, Observatoire de Paris)

Dernière modification le 22 février 2013

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Accueil > Cold atomic matter in the Universe Circmstellar shells around Asymptotic (...)

Cold atomic matter in the Universe Circmstellar shells around Asymptotic Giant Branch stars

1er octobre 2001

Stars of mass comparable to the Sun (Mo) and up to 5-6 Mo, after having spent several billions of years burning quietly hydrogen into helium inside their cores, go through a more active phase in which hydrogen and helium are burnt into carbon. During this phase the stellar atmosphere increases in size considerably, by 2 to 3 orders of magnitude. The star is now a red giant on the Asymptotic Giant Branch (AGB). The atmosphere becomes unstable, so that the luminosity and the radius vary in time. It is also during this phase, that these stars undergo mass loss at a large rate, which may reach 10-5 Mo per year, and with an expansion velocity in the range 5 to 20 km/s. This phase will last for typically one million years and therefore the stars get progressively enshrouded into a shell of gas and dust which may reach a size of about one light year before getting disolved into the interstellar medium.The matter at the surface of a giant star is at a temperature between 2000 and 3000 degrees Kelvin. However when it is ejected it expands into a larger and larger volume, and therefore cools down. On the other hand, the matter is heated by the interstellar radiation and by cosmic rays. The expectation was that matter in expanding shells could be found at temperatures down to 10 to 15 Kelvin. In fact, observations done recently with the Nançay radio-telescope in the atomic hydrogen (HI) line at 21 cm have shown that the matter around IRC+10216 could be still colder and be found at a temperature of 4 Kelvin, very close to the cosmic background one (3 Kelvin). In the interstellar medium, the observations show that atomic hydrogen is in general at a temperature around 50 Kelvin, whereas in the molecular clouds which are more dense, the matter may be at temperatures around 10 to 15 Kelvin. However, observations of HI on the line of sight of extra-galactic radio-sources reveal the existence of interstellar regions where the atomic hydrogen could at a lower temperature, around 20 Kelvin. Recently the canadian astronomers, Knee and Brunt (Nature volume 412, page 308), have discovered a large atomic interstellar cloud which is very cold, with a temperature around 10 Kelvin.

The new focal system of the Nançay radio-telescope

(credit : Vincent Meens, CNES-Toulouse)

Reference Le Bertre T., Gérard E. : 2001, "Cold HI in IRC+10216", Astron. and Astrophys., 378, L29 Contact Thibaut Le Bertre (DEMIRM, Paris Observatory) Eric Gérard (ARPEGES, Paris Observatory)

Dernière modification le 4 mars 2013