La Nébuleuse de l’Œil de Chat

05/12/2014. La nébuleuse de l’Œil de Chat, aussi appelée NGC 6543, est la nébuleuse planétaire la plus brillante du ciel et l’une des plus spectaculaires. Elle a été découverte par William Herschel le 15 février 1786, dans la constellation du Dragon. Il a fallu près de 80 ans pour comprendre que cet objet nébuleux n’avait aucun rapport avec une planète : le spectre obtenu par l’astronome amateur anglais William Huggins en 1864 (premier spectre d’une nébuleuse planétaire) montrait qu’elle était constituée de coquilles de gaz.

D’un âge estimé à un millier d’années, elle est située à une distance d’environ 1000 parsecs (environ 3300 années-lumière) et abrite une étoile (et peut-être même deux) d’environ une masse solaire. Cette étoile a éjecté ces magnifiques halos de matière pendant sa phase "géante rouge". Leur diamètre augmente à une vitesse d’environ 10 km/s ce qui, à une distance de 1000 pc, correspond à environ 2 millisecondes d’arc /an.

Comme pour tout objet céleste, une bonne connaissance de la distance est cruciale pour déterminer correctement les propriétés de la nébuleuse et de son étoile centrale : taille, masse, luminosité, âge, etc. Ces distances sont très difficiles à estimer et reposent sur l’hypothèse (non prouvée !) que toutes les nébuleuses planétaires partagent une même propriété physique facile à observer, par exemple la masse de gaz ionisé. La méthode la plus fiable consiste à mesurer la parallaxe d’expansion : on mesure l’expansion angulaire sur le ciel à au moins deux époques séparées de au moins une année. Des observations spectroscopiques permettent par ailleurs d’obtenir la vitesse d’expansion du gaz par effet Doppler. Un modèle cinématique de l’expansion des couches de gaz permet alors de transformer cette vitesse radiale en vitesse tangentielle, i.e. perpendiculaire à notre ligne de visée. La comparaison entre cette vitesse et la vitesse d’expansion angulaire permet de déterminer la distance.

Il se trouve que cette nébuleuse planétaire est située très près du Pôle Ecliptique Nord, l’une des deux zones intensément observées par Gaia pendant 4 semaines de tests, du 25 juillet au 21 août 2014. Pendant cette période les détecteurs de Gaia ont enregistré 84 000 points lumineux au cours de 222 passages sur la nébuleuse. Lors d’analyses de ces observations, effectuées au Centre de Calcul de Barcelone dans le cadre du Consortium DPAC, une carte a été construite à partir de ces détections, montrant qu’elles reflétaient fidèlement le tracé des filaments gazeux de la nébuleuse.

Les observations de Gaia sont montrées dans la figure du milieu. Pour comparaison, une image prise avec le Télescope Spatial Hubble est montrée à gauche (image obtenue en 1.2 heure de pause avec la Advanced Camera for Survey). Champ : 1 par 1 minute d’arc. Le Nord est en haut, l’Est à gauche.

La superposition de ces deux images (à droite) montre que Gaia est capable de détecter non seulement des étoiles, mais aussi des filaments gazeux très brillants. Gaia va suivre cet objet pendant toute la durée de la mission, observer l’étoile centrale et déterminer ses paramètres astrométriques et sa duplicité éventuelle, et même peut-être mesurer la vitesse d’expansion des filaments gazeux. Ceci pourrait permettre une estimation de sa distance indépendante de la mesure de la parallaxe de l’étoile centrale, et plus précise que les mesures antérieures.

Crédits :

• Image Hubble : NASA, ESA, HEIC, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
• Image Gaia : ESA/Gaia/DPAC/UB/IEEC

Voir Gaia Image of the Week, 5 décembre 2014.