M 42

Nébuleuse diffuse M42 (NGC 1976), une nébuleuse en émission et par réflexion, dans Orion

Découverte en 1610 par Nicolas Claude Fabri de Peiresc.

Située à une distance de 1 600 (ou 1 500) années-lumière, la nébuleuse d'Orion est la plus brillante nébuleuse diffuse dans le ciel, visible à l'oeil nu, et gratifiante dans tous les instruments, des plus petites jumelles aux plus grands observatoires terrestres ou au Télescope Spatial Hubble.

Elle représente la partie principaled'un nuage beaucoup plus large de gaz et de poussière qui s'étend sur 10 degrés, soit bien plus de la moitié de la constellation d'Orion. L'extension linéaire de ce nuage géant est bien de plusieurs centaines d'années-lumière. On peut le révéler par la photographie à longue pose (voir par exemple Burnham). En plus de la nébuleuse d'Orion située près de son centre, ce nuage contient les objets suivants, souvent fameux par eux-mêmes : la Boucle de Barnard, la région de la Nébuleuse Tête de Cheval (montrant aussi NGC 2024 = Orion B), et la nébuleuse par réflexion autour de M78. Déjà impressionnante en photographie prise en lumière visible, la Nébuleuse d'Orion est absolument splendide en infrarouge.

La nébuleuse d'Orion elle-même est vraiment un gros objet dans le ciel, avec une surface de 66'x60'(minutes d'arc), soit quatre fois celle de la Pleine Lune, et un diamètre linéaire de 30 années-lumière. C'est aussi l'un des objets les plus brillants du ciel profond, bien visible à l'oeil nu, au point que l'auteur de ces lignes se demande pourquoi sa nature nébuleuse n'a pas été rapportée avant 1610, lorsque Nicolas Claude Fabri de Peiresc (1580-1637), un homme de loi français, pointa son télescope vers cette région du ciel, alors que Ptolémée, puis plus tard Tycho Brahe et Johann Bayer, avaient noté cet objet avec à l'intérieur une très belle étoile, représentant en fait le groupe des plus brillantes, cataloguée par Bayer sous le nom de Theta Orionis, et que Galilée en 1610 y avait détecté beaucoup de petites étoiles en regardant pour la première fois cette région avec sa lunette. Elle fut retrouvée indépendamment en 1611 par le Jésuite astronome Johann Baptist Cysatus (1588-1657) de Lucerne, qui la compara à une comète qu'il avait observée cette même année, et le premier croquis connu de la nébuleuse d'Orion a été réalisé par Giovanni Batista Hodierna. Mais toutes ces découvertes sembles être tombées dans l'oubli de nombreuses années, de sorte que finalement Christian Huygens a été longtemps considéré l'authentique découvreur en 1656, notamment par Charles Messier qui l'introduisit dans son catalogue le 4 Mars 1769.

Comme les dessins de M42 connus à l'époque, dont le premier d'ailleurs, représentaient si peu l'impression qu'en avait Messier qu'il réalisa lui-même un 'bon dessin', afin 'd'aider à la reconnaître par la suite, pourvu qu'elle ne soit pas sujette à des changements avec le temps' (comme il le note dans l'introduction à son catalogue).

Depuis lors cet objet magnifique a toujours fasciné les astronomes. Ce fut la première observation du ciel profond de William Herschel en 1774 avec un télescope, construit de sa main, de 6 pieds de distance focale (183 cm). En 1789, observant avec son télescope de 48 pouces (1,22 m) d'ouverture et de 40 pieds (12,20 m) de distance focale, il décrivit la nébuleuse comme 'une informe nuée ardente, les éléments chaotiques de futurs soleils'. M42 fut la première nébuleuse à être photographiée avec succès, par Henry Draper en 1880.

La nébuleuse est traversée dans sa partie Nord par une bande sombre remarquable, bien visible sur notre photo réalisée par David Malin (Anglo-Australian Observatory). On peut obtenir de plus amples informations sur cette image.

L'existence de la partie Nord-Est, plus petite, a été rapportée en premier par de Mairan, puis Charles Messier lui attribua le numéro M43 (voir ci-dessous). Dans le voisinage proche, vers le Nord, il y a aussi de plus faibles nébuleuses, réfléchissant partiellement la lumière de la grande. Elles n'étaient pas perceptibles pour Charles Messier mais furent cataloguées par la suite sous les numéros NGC 1973-5-7. Nous disposons ici d'une collection d'images de M42, M43, et d'autres encore de M42, M43 et NGC 1973-5-7.

M42 elle-même est apparemment unnuage très tourmenté de gaz et de poussière, plein de détails intéressants, que C.R. O'Dell, dans la légende de sa photo prise avec le HST, compare à la riche topographie du Grand Canyon. Selon leur inspiration, différents observateurs ont donné des noms imagés aux principaux traits marquants : la nébuleuse formant la bande sombre séparant M43 de la nébuleuse principale s'étend bien à l'intérieur de cette dernière, esquissant une forme généralement surnommée 'la gueule du poisson'. Les régions brillantes de chaque côté sont 'les ailes', tandis qu'à la base de 'la gueule du poisson' se trouve un amas de jeunes étoiles, appelé 'l'amas du Trapèze'. L'extension de l'aile au Sud et à l'Est (au bas et à gauche sur notre image) est appelée 'l'Epée', la nébulosité brillante sous le Trapèze 'l'Estocade' et l'extension plus faible à l'Ouest (sur la droite) 'la Voile'. On trouvera ici une collection limitée d'images de détails de M42, comprenant d'autres descriptions de la région la plus brillante de la nébuleuse par d'historiques observateurs visuels, ainsi qu'une étude du Trapèze et de sa région illustrée par des images du 'Lowell Observatory'.

L'amas du Trapèze est parmi les plus jeunes connus, avec de nouvelles étoiles toujours en formation dans cette région. Il fut d'abord représenté comme étoile triple, apparemment par Hodierna avant 1654 (voir son dessin), mais la première description est celle de Christian Huygens, lorsqu'il redécouvrit la nébuleuse d'Orion en 1656. Ces trois premières étoiles sont souvent désignées par les lettres 'A', 'B' et 'C'. A l'époque c'était apparemment la seconde étoile multiple connue (après Mizar dans la Grande Ourse décrite comme double télescopique en 1650). La quatrième, 'D', fut trouvée par l'Abbé Jean Picard (selon de Mairan), puis, indépendamment, par Huygens en 1684. La découverte de la cinquième, 'E', revint à Friedrich Georg Wilhelm Struve en 1826 à Dorpat (Tartou), avec une lunette de 9,5 pouces (24 cm), celle de la sixième, 'F', à John Herschel le 13 février 1830, celle de la septième, 'G', à Alvan Clark in 1888, alors qu'il testait sa lunette de 36 pouces (91 cm) à l'Observatoire de Lick, et enfin la huitième, 'H', fut trouvée avec la même lunette toujours en 1888 par E.E. Barnard. Ce dernier découvrit plus tard que 'H' était double, avec deux composantes de 16ème magnitude. Aujourd'hui nous savons que les étoiles 'A' et 'B' sont toutes les deux des variables à éclipses de type Algol : 'A' varie entre les magnitudes 6,73 et 7,53 avec une période de 65,4325 jours, tandis que 'B' varie entre 7,95 et 8,52 en 6,4705 jours.

La nébuleuse d'Orion est aussi l'un des objectifs les plus faciles et les plus satisfaisants, pour l'amateur astrophotographe.

Les recherches sur la Nébuleuse d'Orion ces dernières décennies ont révélé que la partie visible, c'est à dire M42, cette bulle lumineuse de gaz chaud et ionisé entourant les étoiles du Trapèze, n'est que la fine enveloppe d'un nuage de matière, plus grand et plus dense, appelé le Nuage Moléculaire 1 d'Orion (OMC 1). Il se trouve que nous voyons cette structure presque de face. L'hypothèse d'un tel modèle a été avancée à l'origine par Münch (1958) et Wurm (1961), puis complètement élaborée par différents chercheurs dans les années 1973-1974 (Zuckerman (1973), Balick et.al. (1974)), bientôt étayée par des preuves, et est toujours étudiée en détail voir par exemple O'Dell (2001) pour un rapport récent avec les références citées dans ce document. Le San Diego Supercomputer Center (SDSC)'s VisLab a créé une représentation tridimensionelle de la Nébuleuse d'Orion basée sur ce modèle (voir l'image d'une vue de côté de M42).

La nébuleuse d'Orion a été en permanence un objectif privilégié pour le Télescope Spatial Hubble et ce depuis l'origine, même avant sa rectification optique. Une découverte majeure a été celle des disques protoplanétaires, également appelés 'Proplyds' (systèmes planétaires en formation) dans ces clichés HST de M42 (images utilisées pour une animation simulant l'approche d'une proto-étoile (voir texte explicatif)). Les images du HST de Novembre 1995 ont permis de pénétrer plus avant le processus compliqué qui se déroule dans cette 'fabrique d'étoiles'. Les investigations HST de janvier 1997 ont révélé d'intéressantes interactions entre les jeunes étoiles chaudes du Trapèze et les disques protoplanétaires : leur puissant rayonnement tend à détruire les disques, au point que les étoiles les moins massives, en cours de formation, peuvent perdre la matière nécessaire à la création de systèmes planétaires.

Il est très facile de trouver la Nébuleuse d'Orion puisqu'elle entoure l'étoile multiple (ou amas) Theta Orionis, visible à l'oeil nu au milieu de l'épée d'Orion. D'ailleurs, dans de très bonnes conditions d'observation, la nébuleuse elle-même peut être aperçue à l'oeil nu comme une faible nébulosité autour de cette étoile.

Il est quelque peu insolite que la nébuleuse d'Orion ait trouvé sa place dans le catalogue de Messier, ainsi d'ailleurs que le brillant amas d'étoiles Praesepe M44 ou encore les Pléiades M45 normalement Charles Messier n'incluait que les objets faibles pouvant être facilement confondus avec des comètes. Mais, en cette nuit du 4 mars 1769, il détermina la position de ces objets bien connus, et, selon Owen Gingerich, 'les ajoutant à l'évidence comme 'la cerise sur le gâteau' en portant la liste à 45 objets' pour sa première publication dans les Mémoires de l'Académie de 1771 (publiée en 1774). On peut se demander pourquoi il préféra une liste de 45 entrées plutôt que de 41 une raison possible serait qu'il voulait surpasser le catalogue Lacaille de 1755 des objets de l'hémisphère Sud, qui contenait 42 entrées. Ainsi Messier ajouta la position de la petite partie au Nord-Est de la nébuleuse, déjà repérée par de Mairan, et qui porte donc le numéro M43.

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M42, c'est cette superbe nébuleuse que nous voyons ci-dessous. Nicolas Fabri de Pieresc, en 1611, fut le premier à la mentionner. C'est la plus vaste et la plus colorée des nébuleuses du ciel. Son diamètre de 23 al (voir al). A 1500 al, la nébuleuse d'Orion est l'une des régions les plus jeunes de la Galaxie: 2 à 3 millions d'années. C' est une pouponnière de jeunes étoiles, avec ses gaz chauds et ses poussières sombres. La puissance de ce rayonnement se situe derrière, avec les 4 plus brillantes étoiles du trapèze. C'est un système multiple qui doit son nom à sa forme géométrique. 3 de ces étoiles sont des astres binaires (étoiles doubles). Ce sont des étoiles supergéantes à durée de vie très courte. La température de surface y atteint plusieurs milliers de degrés. Elles appartiennent au groupe O et B. Une étoile est la plus brillante. Elle brille comme 100 000 Soleil et sa température de surface est de 40 000°K. Cette étoile se dirige à la vitesse de 3 km/s vers le nuage moléculaire et le démantèle. Par contre, les étoiles naissantes, révélées dans l'infra-rouge, le minent de l'intérieur. C'est ainsi que se déroule la genèse des étoiles au sein d'Orion.

Le rayonnement ultra-violet de ces étoiles brisent et ionisent les atomes d'hydrogène et donnent l'éclat à la nébuleuse. Les photons UV transportent une énergie supérieure à celle qui lie les électrons aux noyaux des atomes. En absorbant ces photons, les atomes du gaz de la nébuleuse, perdent un ou plusieurs électrons périphériques et s'ionisent. Les électrons devenus libres manifestent leur présence en étant absorbés, au fil des siècles, par des atomes auxquels manquent un ou plusieurs électrons. Ils tombent alors en cascade d'un niveau quantique à l'autre en émettant une série de photons qui caractérisent l'élément chimique en cause. C'est ainsi que dans M42, on trouve des raies d'azote, d'hélium, d'hydrogène, de carbone, oxygène, etc... Des électrons libres peuvent aussi interagir avec des ions ou bien entre eux et provoquer des émissions de photons. Chaque phénomène a ses propres caractéristiques et de ce fait, est facilement identifiable.

Une inspection minutieuse de cette mosaïque couleur de la nébuleuse d'Orion réalisée par le télescope Hubble de l'Orion Nebula (M42) indique les nombreux trésors qui résident dans cette région d'intenses formations d'étoiles. Cette région grande comme une pleine Lune représente 13 al de large. Plus de 3 000 jeunes étoiles et pouponnières stellaires sont localisées dans cette zone.

Visible en haut à gauche se trouve l'étoile LL Orionis (LL Ori), qui avait été à l'origine du projet héritage de 2002.

Les gaz , dans la nébuleuse, sont très ténus, de l'ordre de quelques milliers d'atomes par cm³ (1.10¹⁹ sur Terre), mais rendent tout de même l'esthétisme des nuages spectaculaire. La température ambiante est d'environ 10 000°K.

Le rayonnement bleu, entourant les étoiles brillantes, est causé par leur propre lumière réfléchie par les poussières proches. Les gaz chauds d'hydrogène et d'oxygène provoquent les extensions vertes et roses. Les filaments de poussières brun-foncé couvrent la région en partie. La couleur rouge est causée par l'émission de la raie Lyman a (21,11 cm) de l'hydrogène.

On estime la masse des étoiles présentes dans les nuages d'Orion à quelques dizaines de milliers de masses solaires. L'espérance de vie de ces nuages n'est que de quelques dizaines de millions d'années avant une dispersion totale sous l'effet des vents stellaires émis par les supergéantes présentes dans la région et les marées galactiques.

Centre de la nébuleuse M42

Sur cette vue de la grande nébuleuse d'Orion, obtenue par Hubble, nous voyons la région centrale qui fait à peu près 2,5 al. Les scientifiques estiment qu'au cours de ce dernier million d'années, des milliers d'étoiles sont nées. La majorité est cachée derrière les nuages de poussières et de gaz. Dans ces nuées tourmentées, des globules ont été découverts (photo ci-dessous) non loin des 4 étoiles du Trapèze . 15 photos de Hubble, ont été nécessaires pour réaliser cette mosaïque.

photo ci-dessous) non loin des 4 étoiles du Trapèze . 15 photos de Hubble, ont été nécessaires pour réaliser cette mosaïque.

A cœur ouvert

Nous sommes au cœur du grand nuage d'Orion, M42. Nous voyons ici, au nord de l'épée d'Orion, les étoiles doubles 42 et 45 Orionis à quelques minutes d'arc de M42, baignant dans la lueur bleutée des nébuleuses NGC 1973, 1975 et 1977. Les étoiles très jeunes se reflètent dans les poussières qui les environnent.

Les proplyds

Des boules de matière ont été créées pendant l'explosion d'une ou plusieurs étoiles. Les instabilités dynamiques apparues lors de ce courant stellaire, ont constituées des niches oùsont venus se concentrer les globules colossaux de gaz et de poussières. Ces agrégats ont reçu le nom de proplyds pour proto-planetary disk sources. En quelques milliers d'années, le globule fait place à une masse condensée et brillante. Ce sont peut-être des systèmes planétaires en formation. Leur taille est estimée de 1 mois-lumière à 200 UA. Certains globules ont une masse estimée à 1% de celle du soleil, qui est la valeur critique pour qu'un système planétaire puisse se former autour d'une étoile. Mais tous les astronomes ne sont pas convaincus. Voir les découvertes par Hubble dans ce secteur (Naines brunes).

A l'œil nu, elle apparaît comme une petite tache floue dans la constellation d'Orion.
L'image ci-dessus est reconstituée à partir de 81 images prises dans le proche infra-rouge par le télescope européen VLT Isaac. Elle montre la formation d'étoiles jeunes dans des nuages de poussières sombres et de gaz chauds. On remarque aisément les 4 étoiles formant le Trapèze.
La lueur bleue entourant les étoiles est leur propre lumière reflétée par les filaments bruns foncés de la poussière couvrant une grande partie de la région. Le nuage d'Orion, qui inclut la Tête de cheval, se dispersera lentement au cours des 100 000 prochaines années .

Orion à travers UKIRT

Cette image en fausse couleur montre la zone centrale de l'image précédente. Elle fut prise par la caméra infrarouge UFTI monté sur le télescope infrarouge UKIRT de l'université d'Oxford. Le cœur de cette caméra est un capteur CCD infrarouge de 1024 x 1024 pxl, sensible de 0,8 à 2,5 µm de longueur d'onde et refroidi dans de l'azote liquide à 77°K. Ces données infrarouges de l'amas du Trapèze ont permis aux astronomes d' identifier plus de 100 objets, candidats pour des naines brunes 'errantes'. Les naines brunes sont les étoiles dont la masse très faible (environ 8% du soleil) ne permet l'amorçage de réaction thermonucléaire, comme source principale d'énergie de l'étoile. Tandis que les naines brunes ne sont pas assez massives pour brûler le deutérium, 13 objets de faible masse ont été découverts au-dessous même de la limite de combustion du deutérium (environ 1,3% de la masse du soleil) se classant ainsi parmi les planètes géantes. Ces ' planètes errantes ' sont peut-être inférieures à 8 fois la masse de Jupiter et furent probablement formées avec les étoiles de l'amas il y a million d'années ou plus. Elles sont discernables dans l'infrarouge parce qu'elles sont encore chaudes, mais par la suite, se refroidiront et disparaîtront. Si le Trapèze est un amas typique de jeunes d'étoiles, alors les résultats de l'étude suggèrent que les naines brunes et les planètes 'errantes' peuvent être assez nombreuses, mais il n'y en a pas suffisamment pour expliquer le mystère de lamatière noire.

Caractéristiques de M42

• Dimension : 90' X 60'

• Masse ionisée : 10 000 masses solaires

• Densité:5000 atomes / cm³

• Température : 8000 °K

• âge: quelques millions d'années.

• ascension droite: 05h35mn

• déclinaison: - 5°23mn