Bande interstellaire diffuse

En astronomie, les bandes interstellaires diffuses (BID, ou Diffuse interstellar bands, en anglais) sont des régions en absorption dans le spectre d'objets astronomiques se situant dans notre galaxie, la Voie lactée. Elles sont causées par l'absorption de la lumière par le milieu interstellaire. À peu près 100 bandes sont observables, allant de l'ultraviolet à l'infrarouge. L'origine de ces bandes fut particulièrement disputées pendant de nombreuses années. Actuellement, les astronomes semblent d'accord pour dire qu'elles sont produites essentiellement par les hydrocarbures aromatiques polycycliques et autres molécules carbonées.

Découverte et historique

Le spectre électromagnétique des étoiles consiste en un continuum, dont la forme globale suit grosso modo le spectre d'un corps noir, sur lequel se superposent des raies, le plus fréquemment en absorption. Chacune de ces absorptions est attribuée à une transition électronique spécifique. De plus, la lumière provenant de l'ensemble des objets astronomiques est affectée par l'extinction interstellaire, c'est-à-dire l'absorption des photon par le milieu interstellaire. Mais cette absorption interstellaire affecte le spectre en entier, et de manière continue et chromatique : le rouge est moins affecté que le bleu. C'est en effet le résultat de la diffusion Rayleigh, aussi responsable de la couleur bleue du ciel.

En 1922, l'astronome Mary Lea Heger ^[1] observe pour la première fois un nombre de raies en absorption qui semblent être d'origine interstellaire.

La nature interstellaire de ces raies, qui ne sont par conséquent pas constituées dans l'atmosphère des étoiles, procède du fait que leur intensité est globalement proportionnelle à l'extinction globale totale, et qu'elles ne sont pas affectées par les vitesses radiales quelquefois particulièrement différentes des objets observés. C'est à dire, les raies des bandes interstellaires diffuses restent toujours globalement à la même place dans le spectre, et ce, indépendamment de la vitesse radiale de l'étoile, c'est-à-dire indépendantes de l'effet Doppler observé pour les raies atmosphériques. Le nom de bande interstellaire diffuse reflète le fait que ces raies sont énormément plus larges que les raies en absorption le plus souvent observées dans les spectres stellaires.

Les première BIDs observées furent celles de longueurs d'onde 578, 0 et 579, 7 nanomètre. D'autres BIDs fortes sont observées à 628, 4, 661, 4 et 443, 0 nm. La bande interstellaire diffuse à 443, 0 nm est spécifiquement large, avec une largeur denviron 1, 2 nm, tandis que la largeur intrinsèque des raies stellaires vaut typiquement 0, 1 nm ou moins.

Des études spectroscopiques subséquentes à plus haute résolution spectrale et plus grande sensibilité révélèrent de plus en plus de BIDs. En 1975, le catalogue des BIDs en recensaient à peu près 25, tandis que 10 ans plus tard, il y en avait le double. Actuellement, à peu près 300 sont connues. Les études les plus récentes (voir la bibliographie), avec des spectrographes à particulièrement haute résolution, comme UVES sur le VLT, ont révélé que de nombreuses BIDs montrent des structures toujours plus fines.

La nature du matériau

Le grand problème avec les BIDs, apparu dès les premières observations, était que leur longueur d'onde centrale ne correspondait à aucune raie spectrale connue d'aucun ion ou autre molécule. Le matériau responsable pour cette absorption ne pouvait par conséquent pas être identifié. La plupart de théorie furent avancées pendant que le nombre de BIDs connues croissait, et la détermination de la nature du matériau absorbant devint un problème centrale de l'astrophysique.

Un résultat observationnel important fut de noter que la force (c'est-à-dire, essentiellement, la profondeur) des raies des BIDs n'étaient pas corrélées les unes avec les autres. Cela veut dire qu'il ne peut y avoir un seul matériau responsable de toutes ces absorptions. L'autre résultat important fut de remarquer que la force des BIDs était corrélée grosso modo avec l'extinction. L'extinction est causée par la poussière interstellaire. Les BIDs devaient par conséquent être certainement aussi dues à la poussière ou en tous cas liée à elle .

L'existence de sous-structure dans les profiles de raies des BIDs pointe clairement vers le fait qu'elles seraient causées par des molécules. Dans une molécule contenant, disons, 3 atomes de carbone, il existe plusieurs configurations isotopique différentes. La majorité des molécules contiendra 3 atomes de carbone 12 (noté ¹²C), quelques autres auront deux atomes de ¹²C avec un atome de ¹³C, d'autres toujours moins nombreuses auront 1 seul atome de ¹²C et 2 atomes de ¹³. Et finalement une très petite fraction de ces molécules aura 3 atomes de ¹³C. Chacune de ces formes de molécules produira des raies spectrales à des longueurs d'onde un peu différentes. L'études des isotopes, lorsqu'il s sont identifiés, permet ainsi d'étudier les abondances chimiques du milieu interstellaire.

Aujourd'hui, les molécules les meilleures candidates pour expliquer les BIDs sont celles qui contiennent de nombreux atomes de carbone, qui est un élément assez abondant dans le milieu interstellaire (produit surtout par les naines blanches dans les nébuleuses planétaires, mais aussi certains types d'étoile Wolf-Rayet). Actuellement, les astronomes semblent d'accord pour dire qu'elles sont produites essentiellement par les hydrocarbures aromatiques polycycliques et autres molécules carbonées, comme les fullerènes. Cependant, l'identification complète de l'ensemble des BIDs est toujours un travail en cours.

Références

Bibliographie

• Fossey S. J., Crawford I. A. (2000), Observing with the Ultra-High-Resolution Facility at the Anglo-Australian Telescope : Structure of Diffuse Interstellar Bands, Bulletin of the American Astronomical Society, v. 32, p. 727
• Sollerman, J. ; Cox, N. ; Mattila, S. ; Ehrenfreund, P. ; Kaper, L. ; Leibundgut, B. ; Lundqvist, P., (2005), Diffuse Interstellar Bands in NGC 1448, Astronomy and Astrophysics, v. 429, p. 559-567
• Krelowski, J., Diffuse interstellar bands - an observational review, Universitæt Jena, Jena Conference on Physics and Properties of Interstellar Matter Related to the Formation and Evolution of Stars, German Democratic Republic, May 2-7, 1988, Astronomische Nachrichten (ISSN 0004-6337), vol. 310, no. 4, 1989, p. 255-263
• Galazutdinov G., Stachowska W., Musæv F., Moutou C., Lo Curto G., Krelowski J (2002), Fine structure of profiles of weak diffuse interstellar bands, Astronomy and Astrophysics, v. 396, p. 987-991
• Ehrenfreund P. (1999), The Diffuse Interstellar Bands as evidence for polyatomic molecules in the diffuse interstellar medium, Bulletin of the American Astronomical Society, v. 31, p. 880
• Herbig, G. H. (1995), The Diffuse Interstellar Bands, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, v. 33, pp. 19-74.

Voir aussi

• Extinction
• Excès de couleur
• Absorption interstellaire

Liens externes

• (fr) Article sur les BIDs, les PAHs et les fullerènes sur le site de l'Observatoire de Haute-Provence (1995-1996).
• (en) La page de la NASA à propos des bandes interstellaires diffuses.
• (en) Article dans l'Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight
• (en) Catalogue des bandes interstellaires diffuses

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