Astronomie : Hubble et James Webb percent le mystère de la « Queue du Chat »

Il y a des queues de comète, et il y a désormais une queue de chat. À environ 63 années-lumière de la Terre, dans la constellation australe du Peintre, l’étoile Beta Pictoris est entourée d’un immense disque de poussière et de débris rocheux. De ce disque s’échappe une structure étrange, longue d’environ 1 000 unités astronomiques, soit quelque 150 milliards de kilomètres, ou 1 000 fois la distance entre la Terre et le Soleil. Les astronomes l’ont surnommée la « Queue du Chat ». Le télescope spatial Hubble vient, pour la première fois, de la photographier en lumière visible.

Une structure invisible pendant des décennies

La « Queue du Chat » a été découverte en 2024 par le télescope spatial James Webb, qui observe dans l’infrarouge. Il détecte la chaleur émise par les grains de poussière. La structure était en revanche restée invisible aux plus courtes longueurs d’onde, ce qui intriguait la communauté scientifique. Beta Pictoris est pourtant l’un des systèmes les plus étudiés du ciel depuis la découverte de son disque, au début des années 1980.

Une équipe dirigée par Arin Avsar, doctorant à l’Université de l’Arizona, a combiné 6 séries d’observations réalisées par Hubble entre 2012 et 2025. Elle a ainsi obtenu l’image la plus profonde jamais prise de ce système avec l’instrument coronographique de Hubble, qui masque la lumière de l’étoile pour révéler ce qui l’entoure. Le disque y apparaît pour la première fois jusqu’à 500 unités astronomiques de son étoile. Et la « Queue du Chat » s’y devine enfin, environ 200 à 1 000 fois moins brillante qu’en infrarouge.

Une poussière noire comme le charbon

Pourquoi a-t-elle si longtemps échappé aux télescopes ? La réponse tient à sa composition. Selon les modélisations des chercheurs, les grains de la « Queue du Chat » sont constitués à 85 à 99 % de matière organique réfractaire, c’est-à-dire de longues chaînes d’atomes de carbone, et ne contiennent presque pas de silicates. Ces chaînes absorbent la lumière visible au lieu de la renvoyer. « Elles sont donc assez noires », résume Arin Avsar.

Ces grains, de l’ordre du micron, sont aussi extraordinairement poreux : leur volume est composé de 55 à 93 % de vide. Personne ne sait vraiment comment des poussières aussi petites peuvent être aussi aérées, reconnaissent les chercheurs. C’est l’une des raisons pour lesquelles ils étudient cette structure.

La trace d’une collision entre planètes naines

L’hypothèse privilégiée est celle d’une collision violente entre 2 gros corps, comparables aux planètes naines de notre ceinture de Kuiper. Selon les travaux menés en 2024 sur les données du télescope Webb, la catastrophe se serait produite il y a seulement 100 à 200 ans, une broutille à l’échelle cosmique. Elle aurait déclenché une cascade de chocs qui continue de produire de la poussière.

La nouvelle étude permet d’en estimer l’ampleur. Pour libérer environ 20 milliards de milliards de kilogrammes de matière organique, chacun des 2 corps devait peser au moins 1 000 à 3 000 milliards de milliards de kilogrammes. Cela correspond à un rayon de 600 à 800 kilomètres, comparable à celui de Charon, la grande lune de Pluton, ou à celui de la planète naine Makemake. Les auteurs précisent qu’il s’agit d’une limite basse.

Kevin Wagner, chercheur à l’observatoire Steward, avance une explication à la porosité des grains. Le choc aurait été si rapide que le carbone se serait vaporisé, avant de se recondenser en refroidissant sous forme de grains « duveteux ». Reste une énigme : les planètes naines contiennent aussi beaucoup de silicates, qui devraient avoir été libérés en même temps. Les chercheurs pensent que la pression du rayonnement de l’étoile, qui agit différemment selon la nature des grains, a pu trier les débris et envoyer les silicates ailleurs dans le système.

Une queue moins profonde qu’on ne le croyait

En combinant les données de Hubble et de Webb, l’équipe a aussi revu la géométrie de la structure. On pensait que la queue s’enfonçait loin derrière l’étoile, vue depuis la Terre. Selon Arin Avsar, elle s’étendrait plutôt de côté, à peu près dans le plan du ciel, en passant peut-être légèrement derrière l’étoile. L’étude elle-même reste plus prudente : la position exacte de la queue dépend des modèles utilisés, et les auteurs jugent plus probable qu’elle se trouve derrière l’étoile, sans pouvoir exclure qu’elle soit dans le plan du ciel.

Une planète géante qui déforme le halo

Hubble a aussi révélé une déformation jusque-là inconnue dans le halo de poussière qui enveloppe Beta Pictoris. Ce gauchissement rappelle celui, déjà connu, du disque principal. Il serait dû à l’influence gravitationnelle de Beta Pictoris b, une géante gazeuse d’environ 10 fois la masse de Jupiter, la plus étudiée des 3 planètes aujourd’hui connues dans le système. Les chercheurs soulignent qu’une modélisation complète, intégrant toutes les planètes et la pression du rayonnement, sera nécessaire pour le confirmer.

Un miroir de notre jeunesse

L’intérêt de Beta Pictoris dépasse la curiosité astronomique. L’étoile n’a qu’une vingtaine de millions d’années, contre 4,6 milliards pour notre Soleil. Elle offre un aperçu de ce qu’a pu être notre propre système dans sa jeunesse. À cet âge, la ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune, contenait peut-être des centaines d’objets de la taille de Pluton, beaucoup plus serrés qu’aujourd’hui. Les planètes géantes ont ensuite bouleversé leurs orbites, en dispersant certains et en éjectant d’autres hors du système solaire. Avec sa « Queue du Chat », Beta Pictoris permet d’observer en direct des chocs et des perturbations comparables à ceux qui ont façonné notre voisinage.

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[cc] Article rédigé par la rédaction de breizh-info.com et relu et corrigé (orthographe, syntaxe) par une intelligence artificielle.

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