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Nébuleuse de l'Œil de Chat

nébuleuse planétaire
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Pour les articles homonymes, voir Nébuleuse (homonymie) et Oeil de chat.

La nébuleuse de l'Œil de Chat, aussi connue sous les matricules NGC 6543 et Caldwell 6 (C6 du catalogue de Caldwell), est une nébuleuse planétaire située à environ 1 365 ± 54 pc (∼4 450 al) de la Terre, dans la constellation du Dragon. Elle a été découverte par l'astronome germano-britannique William Herschel en 1786.

Nébuleuse de l'Œil de Chat
(NGC 6543)
Image illustrative de l’article Nébuleuse de l'Œil de Chat
La nébuleuse de l'Œil de Chat (NGC 6543) imagée par le télescope spatial Hubble en 2004.
Données d’observation
(Époque J2000.0)
Constellation Dragon[1]
Ascension droite (α) 17h 58m 33,4s[2]
Déclinaison (δ) 66° 37′ 59″ [2]
Magnitude apparente (V) 8,1[3]
8,8 dans la bande B[3]
Dimensions apparentes (V) 0,5′[4]

Localisation dans la constellation : Dragon

(Voir situation dans la constellation : Dragon)
Astrométrie
Vitesse radiale −65,7[5] km/s
Distance 1 365 ± 54 pc (∼4 450 al)[5]
Caractéristiques physiques
Type d'objet Nébuleuse planétaire
Galaxie hôte Voie lactée
Âge 1 000[6],[7] a
Découverte
Découvreur(s) William Herschel[1]
Date [1]
Désignation(s) PK 96+29.1
7ZW 759
CS=11.4[3]
HD 164963
BD+66°1066[5]
Caldwell 6
Liste des nébuleuses planétaires
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Cette nébuleuse se distingue par sa forme complexe et particulière, composée de multiples couches de gaz brillants formées par l'éjection convulsive des couches externes d'une étoile en fin de vie[8],[9].

Histoire observationnelle

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La nébuleuse de l'Œil de Chat a été découverte par l'astronome germano-britannique William Herschel en 1786[1].

Première spectroscopie

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L'Œil de Chat a été la première nébuleuse planétaire observée avec un spectroscope à prisme par William Huggins le [10],[11]. Dans son laboratoire privé, lui et son épouse ont réalisé de nombreuses observations des lignes spectrales d'émission et d'absorption de divers corps célestes. Huggins a été le premier à distinguer les nébuleuses des galaxies en montrant que certaines, comme la nébuleuse d'Orion, avaient des spectres d'émission pure caractéristiques des gaz, tandis que d'autres comme la galaxie d'Andromède montraient les caractéristiques spectrales des étoiles en ayant des lignes d'absorption. Huggins était assisté dans l'analyse des spectres par son voisin, le chimiste William Allen Miller[11]. Ainsi, ils ont découvert que NGC 6543 était fait de gaz ionisé[10].

Repérage et observation (amateur)

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La nébuleuse de l'Œil de Chat se situe à environ 5,0 degrés au nord-est de Zeta Draconis (ζ Dra). une étoile binaire visible à l'œil nu et de magnitude apparente égale à 3,17. La magnitude apparente de la nébuleuse est supérieure à 8, ce qui la rend distinguable dans une paire de jumelles ayant une ouverture de 60-70 mm, ou dans un petit télescope[12].

Caractéristiques

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Distance et âge

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Certaines sources consultées placent la nébuleuse de l'Œil de Chat à une distance d'environ 3 000 années-lumière de la Terre, ou plus[6],[13],[14]. Une étude parue en 2020 ayant pour cible quatre nébuleuses planétaires et prenant en considération les mesures de la parallaxe réalisées par le satellite Gaia, ainsi que l'expansion de ces nébuleuses, a permis d'obtenir une distance de 1,9 ± 0,15 kpc (∼6 200 al)[15]. La base de données Simbad rapporte une distance égale à 1 365 ± 54 pc (∼4 450 al), basée elle aussi sur des mesures de la parallaxe par le satellite Gaia[5].

En se basant sur la cinématique du noyau interne de la nébuleuse, l'âge de la nébuleuse fut estimé à environ 1039 ± 259 ans[16]. Selon Corradi et ses collègues, l'âge du halo de la nébuleuse serait de 85 000 ans et celui de la nébuleuse interne de 2 000 ans[17].

Cinématique et morphologie

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En plus de sa partie la plus brillante si caractéristique, la nébuleuse de l'Œil de Chat présente également un vaste halo plus diffus, de couleur dorée sur cette image obtenue par Romano Corradi avec le télescope optique nordique de l'observatoire du Roque de los Muchachos (Espagne).

La structure de la nébuleuse de l'Œil de Chat est très complexe et les mécanismes qui donné naissance à sa morphologie compliquée ne sont à ce jour pas bien compris[18]. La partie centrale lumineuse de la nébuleuse est une bulle allongée ellipsoïdale remplie de gaz chaud qui est à son tour imbriquée dans une paire de bulles sphériques plus grandes. On constate aussi qu'une autre bulle ellipsoïdale traverse complètement la partie centrale[16].

La structure de la partie lumineuse de la nébuleuse provient surtout de l’interaction d’un vent stellaire rapide émis par l'étoile centrale avec le matériau visible éjecté lors de la formation de la nébuleuse. Cette interaction provoque l’émission de rayons X. Le vent stellaire, soufflant à une vitesse atteignant 1 900 km/s, a creusé la bulle interne de la nébuleuse et semble avoir fait éclater la bulle à ses deux extrémités[18].

On soupçonne l'existence d'un disque d'accrétion entre les composantes d'une étoile binaire qui pourrait donner lieu à des jets polaires interagissant avec le matériau précédemment éjecté. Au fil du temps, la direction de ces jets varierait en raison de la précession[19].

En dehors de la partie interne brillante de la nébuleuse, existent une série de coquilles concentriques que l'on croyait avoir été éjectées avant la formation de la nébuleuse planétaire, lorsque que l'étoile se trouvait sur la branche asymptotique des géantes vers la fin de sa vie. Les coquilles visibles sous forme d'anneaux sont très uniformément espacées. Cela suggère que le mécanisme responsable de leur formation les a éjectées à des intervalles très réguliers et à des vitesses très similaires. La masse totale de ces coquilles est d'environ 0,1 . Les pulsations qui ont formé ces anneaux ont probablement commencé il y a 15 000 ans et ont cessé il y a environ 1000 ans, lorsque la formation de la partie centrale a commencé. L'immense halo externe de la nébuleuse est antérieur à la formation de la nébuleuse planétaire. Sa masse est estimée entre 0,26 et 0,92 [4].

La partie interne de la nébuleuse sous-tend un arc d'environ 16,1" avec des extensions qui se rendent jusqu'à quelque 25"[20]. Les images profondes révèlent un halo s'étendant jusqu'à 5 minutes d'arc[4].

Composition

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NGC 6543 se compose principalement d'hydrogène et d'hélium et d'éléments plus lourds présents en petites quantités. La composition exacte peut être déterminée par des études spectroscopiques. Les abondances sont généralement exprimées par rapport à l'hydrogène, l'élément le plus abondant[21].

Différentes études trouvent généralement des valeurs variables pour les abondances élémentaires. Cela est souvent dû au fait que les spectrographes attachés aux télescopes ne collectent pas toute la lumière des objets observés, mais plutôt la lumière d'une fente ou d'une petite ouverture. Par conséquent, différentes observations peuvent échantillonner différentes parties de la nébuleuse.

Cependant, les résultats pour NGC 6543 conviennent globalement que, par rapport à l'hydrogène, l'abondance d'hélium est environ de 0,12, les abondances de carbone et d'azote sont toutes deux environ de 3 x 10-4 et l'abondance d'oxygène est environ de 7 x 10-4[21]. Ce sont des abondances assez typiques pour les nébuleuses planétaires, avec des abondances de carbone, d'azote et d'oxygène toutes supérieures aux valeurs trouvées pour le Soleil, en raison des effets de la nucléosynthèse enrichissant l'atmosphère de l'étoile en éléments lourds avant qu'elle ne soit éjectée en tant que nébuleuse[22].

Étoile centrale

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L'étoile au centre de cette nébuleuse présente un spectre de WR(H). Sa magnitude visuelle est égale à 11,29 et sa masse est estimée à 1,05 . Sa température de surface atteint les 48 kK () et sa luminosité est égale à 2 951 ()[23]. Le rayon de la nébuleuse est estimé à 0,078 pc et son âge à 45 400 ans[23].

Selon Corradi et ses collègues, la température de l'étoile centrale est de 66 kK () et sa luminosité est de 3 890  ()[17].

Selon un article publié en par Schönberner et Steffen, le type spectral de l'étoile au centre de NGC 6543 est de type wels (weak emission-line stars). Sa température effective est de 64 kK et sa luminosité est de 3,72 * 103 (log10=3,57). Notons que Schönberner et ses collègues ont adopté une distance d'environ 1,37 kpc (∼4 470 al) pour déterminer les valeurs qu'ils proposent[24]. Toujours selon Schönberner et Steffen, la vitesse interne du vent du halo de la nébuleuse de NGC 6543 est de 1 420 km/s et sa luminosité est de 14,8 (log10= 1,17). Sa perte de masse par année est de 8,91 * 10-8 /an (log10=-7,05). La luminosité de la nébuleuse dans le domaine des rayons X est de 1,41 * 10-2 (log10=-1,85)[24]

Études dans différentes longueurs d'onde

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Infrarouge

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Les observations de NGC 6543 aux longueurs d'onde de l'infrarouge lointain ont révélé la présence de poussières stellaires de basse température. On pense que cette poussière s'est formée lors des dernières phases de vie de l'étoile progénitrice. La poussière absorbe la lumière de l'étoile centrale et la retransmet aux longueurs d'onde de l'infrarouge. Le spectre infrarouge montre que la température de la poussière est d'environ 85 K. La masse de la poussière est estimée à 6,4 x 10-4 [25].

Les observations en infrarouge ont aussi révélé la présence de gaz non ionisé tel que l'hydrogène moléculaire (H2) et l'argon. Pour plusieurs nébuleuses planétaires, l'émission moléculaire est plus grande à de grandes distances de l'étoile centrale, là où il y a plus de gaz non ionisé. Mais dans NGC 6543, l'émission maximale du dihydrogène (autre nom de l'hydrogène moléculaire) semble se situer près de la bordure intérieure de son halo externe. Cela provient peut-être d'ondes de choc d'éjectas se déplaçant à différentes vitesses qui entrent en collision et excitent le dihydrogène[26].

Lumière visible

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NGC 6543 imagée par la caméra WFPC2 du télescope spatial Hubble en 1994.

L'image de la nébuleuse prise par la caméra à large champ WFPC2 du télescope spatial Hubble captée le a été conçue pour mettre en évidence les régions de faible et de forte ionisation. Elle a été réalisée en utilisant trois filtres optiques : 656,3 nm pour l'hydrogène, 658,4 nm pour l'azote simplement ionisé et 500,7 nm pour l'oxygène doublement ionisé[7].

Cette image a révélé une structure étonnamment complexe dans la nébuleuse : des coquilles de gaz, des jets de gaz se déplaçant à grande vitesse et des nœuds de gaz soumis à des ondes de choc. L'analyse des données captées par Hubble suggère la possibilité d'une étoile binaire comme progéniteur de la nébuleuse[7].

Une autre image prise par le Télescope optique nordique de l'observatoire du Roque de los Muchachos a permis de mesurer la taille de son immense halo dont le diamètre atteindrait plus de trois années-lumière[27].

Une autre image prise par le télescope Hubble en 2004 avec l'instrument ACS (Advanced Camera for Surveys) a révélé une étonnante structure d'anneaux concentriques. Chaque anneau est en fait la bordure brillante d'une coquille sphérique de gaz. Cette image suggère que l'étoile progénitrice a éjecté sa matière en une série d'impulsion à des intervalles de 1500 ans[28].

Rayon X

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Des observations réalisées en 2001 par l'observatoire de rayons X Chandra ont révélé la présence de gaz extrêmement chaud dans NGC 6543, des températures atteignant 1,7 x 106 K[29]. On pense que ce gaz très chaud provient d'une violente interaction entre un vent stellaire rapide et la matière précédemment expulsée. C'est cette interaction qui aurait creusé la bulle interne de la nébuleuse[18].

Les observations de Chandra ont aussi révélé une source X ponctuelle à la position de l'étoile centrale. L'énergie de la source est comprise entre 0,5 et 1,0 keV, soit des rayons X durs. Une étoile dont la température de la photosphère est aux environs de 100 000 K ne devrait pas être une source de rayons X durs. La présence de ceux-ci est un peu mystérieuse. On pense qu'il pourrait y avoir un disque d'accrétion à l'intérieur d'une étoile binaire[30]. Une autre série d'observations par Chandra des étoiles au centre de 21 nébuleuses planétaires, incluant l'Œil de Chat, a été réalisée en 2012. Dans toutes ces nébuleuses, sauf une, on a trouvé des sources de rayons X plus énergétiques que prévu pour une étoile avec une température d'environ 100 000 K. Peut-être y a-t-il une haute fréquence de système binaire ou encore une autre explication comme des vents qui s'entrechoquent, ou encore de la matière qui retombe vers le centre[31].

Galerie

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Notes et références

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(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Cat's Eye Nebula » (voir la liste des auteurs).

Notes

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  1. ↑ Sur cette image, la région colorée visible à droite du centre de la nébuleuse est répertoriée sous la cote IC 4677 au sein de l'Index Catalogue. Il s'agit d'une portion du halo de la nébuleuse.

Références

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  1. 1 2 3 4 (en) Courtney Seligman, « Celestial Atlas Table of Contents, NGC 6543 » (consulté le ).
  2. 1 2 (en) « Results for object NGC 6543 », NASA/IPAC Extragalactic Database (consulté le ).
  3. 1 2 3 « Les données de «Revised NGC and IC Catalog by Wolfgang Steinicke», NGC 4400 à 4499 », sur astrovalleyfield.com (consulté le )
  4. 1 2 3 Bruce Balick, Wilson et Arsen R. Hajian, « NGC 6543: The Rings Around the Cat's Eye », THE ASTRONOMICAL JOURNAL, vol. 121, no 1,‎ , p. 354-361 (DOI 10.1086/318052, lire en ligne [PDF])
  5. 1 2 3 4 (en) « Simbad, NGC 6543 -- Planetary Nebula » (consulté le )
  6. 1 2 « Observatoire de Paris, La Nébuleuse de l’Œil de Chat » (consulté le )
  7. 1 2 3 (en) « Hubble Site, THE CAT'S EYE NEBULA » (consulté le )
  8. ↑ (en) « The Cat's Eye Nebula », sur esahubble.org (consulté en ).
  9. ↑ (en) « Cat’s Eye Hubble Remix », sur science.nasa.gov (consulté en ).
  10. 1 2 William Huggins et W. A. Miller, « On the Spectra of Some of the Nebulae. By William Huggins, F.R.A.S. A Supplement to the Paper "On the Spectra of Some of the Fixed Stars William Huggins F.R.A.S., and W. A. Miller, M.D., LL.D., Treas. and V.P.P.S." », Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol. 154,‎ , p. 437-444 (Bibcode 1864RSPT..154..437H)
  11. 1 2 (en) « Royal Society, Science in the making, William Huggins » (consulté le )
  12. ↑ (en) « NGC 6543 - Planetary Nebula in Draco | TheSkyLive », sur theskylive.com (consulté le )
  13. ↑ (en) « NGC 6543, THE CAT'S EYE NEBULA » (consulté le )
  14. ↑ (en) « The Cat's Eye Nebula from Hubble », sur Astronomy Picture of the Day, NASA, (consulté le )
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  20. ↑ Darren S. Reed, Bruce Balick, Arsen R. Hajian, Tracy L. Klayton, Stefano Giovanardi, Stefano Casertano, Nino Panagia et Yervant Terzian, « Hubble Space Telescope Measurements of the Expansion of NGC 6543: Parallax Distance and Nebular Evolution », The Astronomical Journal, vol. 118, no 5,‎ , p. 2430-2441 (DOI 10.1086/301091, lire en ligne)
  21. 1 2 R. Wesson et X.-W. Liu, « Physical conditions in the planetary nebula NGC 6543 », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 351, no 3,‎ , p. 1026-1042 (DOI 10.1111/j.1365-2966.2004.07856.x, Bibcode 2004MNRAS.351.1026W, lire en ligne [html])
  22. ↑ S. Hyung, L. H. Aller, W. A. Feibelman, W. B. Lee et A. de Koter, « The optical spectrum of the planetary nebula NGC 6543 », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 318, no 1,‎ , p. 77-91 (DOI 10.1046/j.1365-8711.2000.03642.x, Bibcode 2000MNRAS.318...77H, lire en ligne [html])
  23. 1 2 I. González-Santamaría, M. Manteiga, A. Manchado, A. Ulla, C. Dafonte et P. López Varela, « Planetary nebulae in Gaia EDR3: Central star identification, properties, and binarity », Astronomy & Astrophysics, vol. 656, no A51,‎ , p. 21 pages (DOI 10.1051/0004-6361/202141916, Bibcode 2021A&A...656A..51G, lire en ligne [PDF])
  24. 1 2 D. Schönberner et M. Steffen, « Hot bubbles of planetary nebulae with hydrogen-deficient windsIII. Formation and evolution in comparison with hydrogen-rich bubbles », Astronomy & Astrophysics, vol. A105,‎ , p. 25 pages (lire en ligne [PDF])
  25. ↑ U. Klaas, H. J. Walker, T. G. Müller, P. J. Richards et J. Schreiber, « Multi-aperture photometry of extended IR sources with ISOPHOT. I. The nature of extended IR emission of planetary Nebulae », Astronomy and Astrophysics, vol. 452, no 2,‎ , p. 523-526 (DOI 10.1051/0004-6361:20053245, Bibcode 2006A&A...452..523K, lire en ligne [PDF])
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  27. ↑ (en) « The Cat's Eye Nebula imaged with the Nordic Optical Telescope » (consulté le )
  28. ↑ (en) « Hubble, The Cat's Eye Nebula » (consulté le )
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  30. ↑ Martín A. Guerrero, You-Hua Chu, Robert A. Gruendl, Rosa M. Williams et James B. Kaler, « The Enigmatic X-Ray Point Sources at the Central Stars of NGC 6543 and NGC 7293 », The Astrophysical Journal, vol. 553, no 1,‎ , L55-L58 (DOI 10.1086/320509, Bibcode 2001ApJ...553L..55G, lire en ligne [PDF])
  31. ↑ J. H. Kastner, R., Jr Montez, B. Balick et et al., « The Chandra X-Ray Survey of Planetary Nebulae (ChanPlaNS): Probing Binarity, Magnetic Fields, and Wind Collisions », The Astronomical Journal, vol. 144, no 2,‎ , p. 18 pages (DOI 10.1088/0004-6256/144/2/58, Bibcode 2012AJ....144...58K, lire en ligne [PDF])

Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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