Un spectrographe est une optique dispersant la lumière qu’il reçoit et permet dans certaines situations d’identifier les entités chimiques responsables de ce rayonnement. Avec ce type d’instrument,  l’astronome William Huggins a découvert autour de la nébuleuse du chat (NGC6543) des raies vertes en émission qu’il attribua à un nouvel élément chimique, le nébulium! Il se trompait. On connait aujourd’hui le responsable: de l’oxygène deux fois ionisé qui, en milieu extrêmement dilué, émet deux raies intenses, aux longueurs d’onde respectives 4959 Angströms et 5007 A. L’atmosphère terrestre est transparente à cette lumière, et NGC6543  suffisamment brillante,  aussi, avec un petit télescope (200 mm), il est possible de les immortaliser.

Nous avons pointé un spectrographe à fente en direction de la grande nébuleuse d’Orion, dans une région d’étoiles très brillantes, le Trapèze, juste à côté de Theta1 C Orionis, système binaire contenant une étoile jeune est massive de type O. La fente spectroscopique (largeur: 23 µm) a l’apparence d’un trait fin vertical. Les astrophotographies d’Orion révèlent des nuages de gaz et de poussières avec deux couleurs dominantes: le rouge et le bleu, attribuées à la présence d’hydrogène atomique excité. En fait, la situation est un peu plus compliquée.

Amas du trapeze

Amas du trapèze – Couleurs thermiques

Sur l’image (fausses couleurs), les étoiles les plus brillantes apparaissent en blanc; ce sont des étoile jeunes dont le rayonnement UV chauffe la nébuleuse. Celle-ci réagit en émettant de la lumière. Une caméra placée derrière le spectrographe dans la chaîne optique nous permet d’ enregistrer des spectres (il faut poser plusieurs minutes !).

Résultat (ci-dessous) : nous observons des raies en émission brillantes.

Chacune de ces raies est une image de la fente dans une longueur d’onde associée à une espèce chimique précise. Nous retrouvons côte à côte deux raies vertes intenses, émises par de l’oxygène III (oxygène ionisé deux fois), marqueurs d’un milieu dilué. Les raies bleues sont en partie émises par de l’hydrogène I (atomique) et de l’hélium I; les rouges par de l’hydrogène I mais aussi de l’azote II (une fois ionisé), et de manière plus discrète, du soufre II et de l’oxygène II. On trouve aussi dans ce spectre les traces d’autres espèces, telles que l’Argon III et le Néon III.

Les raies vertes à 4959 A et 5007 A se rencontrent également dans les spectres des nébuleuses planétaires (comme NGC6543 ou, ci-dessous, NGC6826).

Téléphone : +32 65 37 38 40
Mail : astronomie@umons.ac.be
UMONS, 24, Avenue du Champ de Mars
Bât 6, 7000 Mons