Poussière interstellaire

En astronomie, la poussière interstellaire[1] (en anglais : interstellar dust[2]) est une composante du milieu interstellaire. Elle constitue une fraction importante de la poussière cosmique (cosmic dust[3]).

Pour les articles homonymes, voir Poussière (homonymie) et Interstellaire.

Poussières interstellaires de la nébuleuse de la Tête de Cheval, révélées par le télescope spatial Hubble.

Représentant à peine ~1 % de la masse du milieu interstellaire, la poussière interstellaire est constituée de particules comportant de quelques dizaines à quelques milliards d'atomes seulement, ce qui correspond à des tailles typiques de quelques nanomètres à ~0,1 micromètre. La taille d'une particule peut exceptionnellement être nettement supérieure, jusqu'à 25 µm de diamètre[4]. La masse volumique de la poussière interstellaire est semblable à celle de la fumée de cigarette[5], soit pour la bulle locale environ 10−6 grains de poussière/m3, chacun ayant en moyenne une masse d'environ 10−17 kg[6].

Les poussières interstellaires se distinguent en fonction de :

La poussière interstellaire atténue la lumière. Elle diminue la luminosité des étoiles d'environ la moitié toutes les 1 000 années-lumière[5][source insuffisante]. Par contre, elle n'atténue que la lumière visible et n'affecte pas les autres longueurs d’onde[5][source insuffisante].

Histoire

La poussière du nuage interstellaire local a été détectée pour la première fois sans ambiguïté en 1992, par la sonde Ulysses[7].

Quatre méthodes d'observation sont aujourd'hui disponibles[8] :

  • l'observation in situ par des détecteurs de poussière à bord de sondes spatiales ;
  • la collecte et le retour d'échantillons ;
  • l'observation des raies d'émission infrarouge de la poussière ;
  • la détection par les antennes des sondes spatiales.

Origine
La géante rouge Mira.

La poussière interstellaire est principalement formée par des étoiles entrées dans la phase géante rouge de leur évolution. La grande majorité des particules interstellaires proviennent des résidus d'étoiles éjectés par ces dernières en fin de vie[réf. souhaitée].

La composition de la poussière est principalement déterminée par la température des étoiles mères. Certaines molécules ne se forment qu'à de très hautes températures alors que d'autres se forment à des températures plus basses[réf. souhaitée].

Selon les connaissances actuelles, la poussière est formée dans les enveloppes des étoiles qui ont subi une évolution tardive et qui ont des signatures spécifiques observables[évasif].
Par exemple, dans l'infrarouge, des émissions autour de 9,7 micromètres de longueur d'onde, caractéristiques des silicates, sont observées autour des étoiles « froides » (étoiles géantes riches en oxygène). On peut aussi observer des émissions vers 11,5 µm, dues au carbure de silicium, autour d’autres types d’étoiles froides (étoiles géantes riches en carbone)[9],[10],[11].

En outre, les grains se forment dans la proximité d’étoiles proches en temps réel ; pour exemples :
  • a) l’éjection qui provient de novas et de supernovas.
  • b) l’étoile R Coronae Borealis qui semble éjecter des nuages discrets qui contiennent du gaz et de la poussière
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Système solaire
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La majorité de la poussière retrouvée dans le Système solaire a été transformée et recyclée à partir des objets et des corps que contiennent les milieux interstellaires. La poussière rentre fréquemment en collision avec des astres tels des astéroïdes et des comètes. À chaque fois, elle est transformée par les nouvelles composantes qui constituent ces corps.

Caractéristiques physiques
Composition de la poussière interstellaire, neutre ou sous forme de plasma.

99 % de la masse du milieu interstellaire est sous forme de gaz, le % restant est sous forme de poussières[12].

Forme

Les particules composant la poussière interstellaire sont de formes variables[13].

Composition chimique
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  • Oxygène : on retrouve 120 à 145 atomes d'oxygène par million d'atomes d'hydrogène dans les grains de poussière. Les grains comportent un faible pourcentage d'eau (moins de 0,02 %), dont on retrouve une portion sous forme de bandes de glace. Le reste de l'eau est incorporé dans les oxydes de fer et de magnésium.
  • Carbone : on retrouve 90 à 130 atomes de carbone par million d'atomes d'hydrogène. L'abondance du carbone dans la structure de la poussière interstellaire est moindre que celle attendue par les scientifiques.
  • Azote et soufre : on ne retrouve pas ou presque pas d'azote ni de soufre dans la composition des grains.
  • Mg, Fe, Si, Ni, Cr, et Mn[14] : tous ces éléments démontrent une grande facilité à s'incorporer dans les grains.
  • Éléments rares : dans de rares cas, on retrouve P, Cl, As, Ar, Se, Kr, Sn, et Tl, qui sont quelquefois incorporés à la poussière[15].

Composition isotopique

Les grains de poussière interstellaire manifestent des compositions isotopiques extrêmement exotiques (en comparaison des matériaux usuels du Système solaire), que l'on sait généralement relier aux processus nucléosynthétiques à l’œuvre dans les étoiles en fin de vie[4].

La taille de Bonanza, le plus gros grain présolaire jamais identifié (25 µm de diamètre), a permis de mesurer la composition isotopique d'un bien plus grand nombre d'isotopes que dans les autres grains : Li, B, C, N, Mg, Al, Si, S, Ca, Ti, Fe, et Ni. Les grandes anomalies isotopiques trouvées pour C, N, Mg, Si, Ca, Ti, Fe, et Ni sont typiques de la matière éjectée par les supernovas de type II. L'analyse au MET montre par ailleurs que l'ordre cristallographique varie à l'échelle du µm, et l'analyse par STEM-EDS que le grain est constitué de sous-grains de taille comprise entre un peu moins de 10 nm et un peu plus de 100 nm. Bonanza a aussi le plus haut rapport initial 26Al/27Al jamais répertorié, ce qui n'est pas étonnant pour un grain directement issu d'une supernova[4].

Destruction

Les grains de poussière interstellaire peuvent être fragmentés par les ultraviolets[16],[17], par évaporation, par pulvérisation cathodique et par collisions entre eux ou avec d'autres astres.[réf. souhaitée]

La poussière peut également être transformée par des explosions de supernovas ou de novas. Aussi, dans un nuage dense, il y a le processus de phases gazeuses où des photons ultraviolets éjectent des électrons énergétiques de grains dans le nuage[évasif][18].

Étude et importance
L’astéroïde Éros survolé par la sonde Near, le 19 septembre 2000.

Dès les toutes premières observations astronomiques, la poussière interstellaire est un obstacle pour les astronomes puisqu'elle obscurcit les objets qu’ils veulent observer. Ainsi, au début du XXe siècle, l'astronome Edward Emerson Barnard recense des nuages noirs à l'intérieur de la Voie Lactée[15].

Lorsque les scientifiques commencent à pratiquer l'astronomie en infrarouge, ils découvrent que la poussière interstellaire est une composante clé des processus astrophysiques[19]. Elle est notamment responsable de la perte de masse d'une étoile sur le point de mourir. Elle joue également un rôle dans les premiers stades de formation d’une étoile et des planètes[20].

L'évolution de la poussière interstellaire donne des informations sur le cycle de renouvellement de la matière stellaire. Les observations et les mesures de cette poussière, dans différentes régions, fournissent un important aperçu du processus de recyclage dans les milieux interstellaires, les nuages moléculaires ainsi que les systèmes planétaires tels le Système solaire, où des astronomes considèrent la poussière comme étant dans son stade le plus recyclé.[réf. souhaitée]

Méthodes de détection

La poussière interstellaire peut être détectée par des méthodes indirectes qui utilisent les propriétés radiantes de cette matière. Elle peut également être détectée directement en utilisant des variétés de méthodes de collecte à de nombreux endroits. Sur Terre, en général, il tombe en moyenne 40 tonnes par jour de matière extraterrestre[21]. Les particules de poussière sont récoltées dans l’atmosphère en utilisant des collecteurs plats situés en dessous des ailes d’avions de la NASA pouvant voler dans la stratosphère. On les retrouve également sur la surface de larges masses de glace (l’Antarctique, le Groenland et l’Arctique) et dans des sédiments situés dans les profondeurs de l’océan. C’est d’ailleurs vers la fin des années 1970 que Don Brownlee, à l’Université de Washington à Seattle, identifia la nature de ces particules extraterrestres. Les météorites sont également une autre source puisqu’ils contiennent de la poussière d’étoiles[5].

De nombreux détecteurs utilisent la lumière infrarouge pour détecter la poussière interstellaire. En effet, ce type d’onde lumineuse peut pénétrer les nuages de poussière interstellaire, nous permettant d’observer les régions où se forment les étoiles et le centre des galaxies. C’est d’ailleurs grâce au Spitzer Space Telescope de la NASA (le plus gros télescope infrarouge envoyé dans l’espace) que de nombreuses observations sont possibles[22].

Stardust

Le , lors de la 45e Lunar and Planetary Science Conference (en)[23], le Jet Propulsion Laboratory (JPL), coentreprise de la NASA et du California Institute of Technology (Caltech), annonce que l'aérogel du collecteur de la sonde spatiale Stardust aurait capturé, en 2000 et 2002, lors du transit de la sonde vers la comète 81P/Wild, sept grains de poussière interstellaire, rapportés sur Terre en janvier 2006[24].

Le JPL confirme l'annonce le [25].

La confirmation est suivie de la publication d'un article paru le lendemain () dans la revue scientifique américaine Science[26].

Les sept échantillons sont I1043.1.30.0.0 (« Orion »), I1047.1.34.0.0 (« Hylabrook »), I1003.1.40.0.0 (« Sorok »), I1044N.3, I1061N3, I1061N.4 et I1061N.5.

IdentifiantMasseCompositionMasse volumique
I1043.1.30.0.03,1 ± 0,4 pgMg2SiO4faible (0,7 g·cm-3)
I1047.1.34.0.04,0 ± 0,7 pgMg2SiO4faible (< 0,4 g·cm-3)
I1003.1.40.0.0~ 3 pg——

Rosetta
La comète 73P/Schwassmann-Wachmann qui s'est brisée en 1995, a été observée par le Télescope spatial Hubble.

La sonde Rosetta, lancée en 2004, a analysé en 2014 les poussières interstellaires[réf. nécessaire] émises par la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Elle a notamment détecté de nombreux composés organiques (dont la glycine, un acide aminé) ainsi que du phosphore.

Notes et références
  1. (fr+en) Entrée « poussière interstellaire » [html], sur TERMIUM Plus, la banque de données terminologiques et linguistiques du gouvernement du Canada (consulté le 13 novembre 2014)
  2. (fr+en) Entrée « interstellar → interstellar dust », dans Magdeleine Moureau et Gerald Brace (préf. Jean Dercourt), Dictionnaire des sciences de la Terre (anglais-français, français-anglais) : Comprehensive dictionary of Earth science (English-French, French-English), Paris, Technip, coll. « Publications de l'Institut français du pétrole », , XXIX-XXIV-1096 p. (ISBN 2-7108-0749-1, OCLC 43653725, notice BnF no b37182180d), p. 255 lire en ligne [html] (consulté le 13 novembre 2014)]
  3. (fr+en) Entrée « cosmic → cosmic dust », dans Magdeleine Moureau et Gerald Brace, op. cit., p. 113 lire en ligne [html] (consulté le 13 novembre 2014)]
  4. (en) Frank Gyngard, Manavi Jadhav, Larry R.Nittler, Rhonda M. Stroud et Ernst Zinner, « Bonanza: An extremely large dust grain from a supernova », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 221,‎ , p. 60-86 (DOI 10.1016/j.gca.2017.09.002).
  5. Séguin et Villeneuve 2002, p. 262-263
  6. "Applications of the Electrodynamic Tether to Interstellar Travel" Gregory L. Matloff, Less Johnson, February, 2005
  7. (en) E. Grün, H. Zook, M. Baguhl, A. Balogh, S. Bame et al., « Discovery of Jovian dust streams and interstellar grains by the Ulysses spacecraft », Nature, vol. 362,‎ , p. 428–430 (DOI 10.1038/362428a0).
  8. Sterken et al. (2019).
  9. (en) Roberta M. Humphreys, Donald W. Strecker et E. P. Ney, « Spectroscopic and Photometric Observations of M Supergiants in Carina », Astrophysical Journal, vol. 172,‎ , p. 75- (DOI 10.1086/151329, résumé, lire en ligne).
  10. Evans 1994, p. 164-167.
  11. Evans 1994, p. 147-148.
  12. Boulanger, F. ; Cox, P. et Jones, A. P. (2000). « Course 7: Dust in the Interstellar Medium » Infrared Space Astronomy, Today and Tomorrow: 251, page présente dans quel volume ? p., F. Casoli, J. Lequeux et F. David.
  13. (en) E. Casuso et J.E. Beckman, « Explaining the Galactic Interstellar Dust Grain Size Distribution Function » (consulté le )
  14. (en) Charlène Lefèvre, Laurent Pagani, Bilal Ladjelate, Michiel Min, Hiroyuki Hirashita, Robert Zylka, « Dust evolution in pre-stellar cores », appear in the proceedings of the international conference entitled mm Universe, no 1911.03257,‎ , p. 2 (lire en ligne, consulté le )
  15. (en) OSU Department of Astronomy, « Interstellar Dust » (consulté le )
  16. (en) L. B. D'Hendecourt, L. J. Allamandola et J. M. Greenberg, « The volatile element enrichment of chondritic interplanetary dust particles », Astronomy and Astrophysics, vol. 152,‎ , p. 130–150
  17. (en) J. M. Greenberg, « Radical formation, chemical processing, and explosion of interstellar grains », Astrophysics and Space Science (Symposium on Solid State Astrophysics, University College, Cardiff, Wales, July 9–12, 1974.), vol. 139,‎ , p. 9–18 (résumé, lire en ligne)
  18. James Lequeux, Le milieu interstellaire : Les poussières interstellaires, Les Ulis/Paris, EDP Sciences, , 467 p. (ISBN 2-86883-533-3, lire en ligne), p. 168
  19. (en) Eberhard Grün, Interplanetary dust, Berlin, Springer, , 804 p. (ISBN 3-540-42067-3, lire en ligne)
  20. Hubert Reeves, « L'origine de l'Univers », Horizons philosophiques, vol. 2,‎ , p. 21
  21. (en) C. Leinert et E. Gruen (1990) « Interplanetary Dust » Physics and Chemistry in Space (R. Schwenn and E. Marsch eds.): 204–275 p., Springer-Verlag.
  22. (en) California Institute of Technologie, « Spitzer Space Telescope: Mission overview » (consulté le )
  23. (en) « 45th Lunar and Planetary Science Conference (2014) : Stardust Mission and Cosmic Dust (Tuesday, March 18th 2014) » [PDF] (consulté le )
  24. (en) Andrew J. Westphal et al., « Final rapport of the Stardust ISPE: Seven probable interstellar dust particles » [PDF] (consulté le )
  25. (en) David C. Agle, Dwayne C. Brown et William P. Jeffs, « Stardust Discovers Potential Interstellar Space Particles » [html], sur jpl.nasa.gov
  26. (en) Andrew J. Westphal et al., « Evidence for interstellar origin of seven dust particles collected by the Stardust spacecraft », Science, vol. 345, no 6198,‎ , p. 786-791 (DOI 10.1126/science.1252496, résumé, lire en ligne [PDF], consulté le )
    Les coauteurs de l'article sont, outre Andrew J. Westphal : Rhonda M. Stroud, Hans A. Bechtel, Frank E. Brenker, Anna L. Butterworth, George J. Flynn, David R. Frank, Zack Gainsforth, Jon K. Hillier, Frank Postberg, Alexandre S. Simionovici, Veerle J. Sterken, Larry R. Nittler, Carlton Allen, David Anderson, Asna Ansari, Saša Bajt, Ron K. Bastien, Nabil Bassim, John Bridges, Donald E. Brownlee, Mark Burchell, Manfred Burghammer, Hitesh Changela, Peter Cloetens, Andrew M. Davis, Ryan Doll, Christine Floss, Eberhard Grün, Philipp R. Heck, Peter Hoppe, Bruce Hudson, Joachim Huth, Anton Kearsley, Ashley J. King, Barry Lai, Jan Leitner, Laurence Lemelle, Ariel Leonard, Hugues Leroux, Robert Lettieri, William Marchant, Ryan Ogliore, Wei Jia Ong, Mark C. Price, Scott A. Sandford, Juan-Angel Sans Tresseras, Sylvia Schmitz, Tom Schoonjans, Kate Schreiber, Geert Silversmit, Vicente A. Solé, Ralf Srama, Frank Stadermann, Thomas Stephan, Julien Stodolna, Stephen Sutton, Mario Trieloff, Peter Tsou, Tolek Tyliszczak, Bart Vekemans, Laszlo Vincze, Joshua Von Korff, Naomi Wordsworth, Daniel Zevin et Michael E. Zolensky ainsi que 30714 internautes du projet Stardust@home.

Annexes

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

  • Marc Séguin et Benoît Villeneuve, Astronomie et astrophysique : Cinq grandes idées pour explorer et comprendre l'Univers, Éditions du Renouveau pédagogique, , 2e éd., 618 p.
  • (en) Aneurin Evans, The dusty universe, Chichester New York Chichester, J. Wiley in association with Praxis Pub., Ltd, , 236 p. (ISBN 978-0-13-179052-0, OCLC 33359845)
  • (en) Veerle J. Sterken, Andrew J. Westphal, Nicolas Altobelli, David Malaspina et Frank Postberg, « Interstellar Dust in the Solar System », Space Science Reviews, vol. 215, no 7,‎ , article no 43 (DOI 10.1007/s11214-019-0607-9)

Articles connexes

Liens externes
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