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Vastes nuages interstellaires de gaz et de poussière, les nébuleuses sont à la fois les cimetières et les berceaux des étoiles. En émettant, réfléchissant ou absorbant la lumière, elles peignent le cosmos des couleurs les plus spectaculaires de l'Univers.
Les nébuleuses en émission (régions HII) sont des nuages d'hydrogène ionisé chauffés par le rayonnement ultraviolet d'étoiles O et B — les plus chaudes et les plus massives (températures de surface > 25 000 K). Quand un photon UV arrache un électron à un atome d'hydrogène (photoionisation), l'électron se recombine ensuite en émettant une cascade de photons caractéristiques.
La raie Hα (λ = 656,3 nm, rouge) est la plus intense et la plus photographiée — elle correspond à la transition de niveau 3 → 2 de l'hydrogène. La raie [OIII] (λ = 500,7 nm, vert-bleu) est émise par l'oxygène doublement ionisé. La [SII] (λ = 672,4 nm, rouge profond) par le soufre ionisé. La technique de photographie en bande étroite (narrowband, palette Hubble) extrait séparément ces raies pour créer des images fausses couleurs révélant la structure chimique.
Région HII la plus visible à l'œil nu (magnitude 4). Nurserie stellaire active. Le Trapèze, 4 étoiles O/B massives, illumine la nébuleuse. JWST (2023) y a détecté des planètes flottantes isolées et des protoétoiles de 1,4 masse solaire.
Résidu de la supernova SN 1054, observée le 4 juillet 1054 (astronomes chinois et arabes). Son pulsar (33 ms) alimente la nébuleuse en électrons relativistes par rayonnement synchrotron. Expansion : 1 500 km/s.
Colonnes de gaz et poussière (EGGs : Evaporating Gaseous Globules) sculptées par les vents stellaires du jeune amas NGC 6611. Image emblématique de Hubble (1995). JWST a révélé leur structure interne en infrarouge (2022).
Région HII de 130 al de diamètre centrée sur l'amas NGC 2244. La cavité centrale est creusée par les vents stellaires des étoiles O. Masse de gaz : ~10 000 M☉. Taux de formation stellaire actif.
La nébuleuse planétaire la plus proche et la plus grande en taille angulaire (3 degrés, 6× la Lune pleine). Éjectée par une étoile de type solaire en fin de vie. La naine blanche centrale (T = 120 000 K) ionise les 6 M de km³ de gaz.
L'une des plus grandes régions HII de la Voie Lactée (460 al × 300 al). Abrite Eta Carinae — l'étoile la plus lumineuse connue (~5 M L☉), sur le point d'exploser en hypernova. JWST révèle des milliers de protoétoiles.
Les étoiles naissent dans des nuages moléculaires géants (GMC) — les régions les plus denses et les plus froides (10–30 K) du milieu interstellaire. Le processus commence par une perturbation (onde de choc d'une supernova voisine, bras spiraux galactiques) qui déclenche l'effondrement gravitationnel d'une région du nuage.
La région en effondrement forme d'abord une protoétoile entourée d'un disque d'accrétion proto-planétaire. La température au cœur monte progressivement jusqu'à allumer la fusion du deutérium (~10⁶ K), puis de l'hydrogène (~10⁷ K) : l'étoile entre sur la séquence principale. Le vent stellaire et le rayonnement de la nouvelle étoile sculptent la nébuleuse environnante, créant des piliers, des globules de Bok et des fronts d'ionisation.
Le James Webb Space Telescope a révolutionné notre vision de la formation stellaire grâce à sa sensibilité infrarouge qui perce les voiles de poussière : dans la nébuleuse de la Carène (2022), il a révélé des dizaines de protoétoiles encore enfouies, des jets bipolaires de plusieurs années-lumière et des structures sub-parsec jamais observées.
Les nébuleuses planétaires n'ont rien à voir avec les planètes — leur nom vient de leur apparence dans les petits télescopes du XVIIIe siècle (William Herschel, 1785). Elles représentent la phase terminale des étoiles de masse faible à intermédiaire (0,8 à 8 M☉), dont fait partie le Soleil.
Lorsque le Soleil aura épuisé son hydrogène dans ~5 Ga, il s'enflera en géante rouge puis en géante asymptotique de la branche (AGB), éjectant 40–60 % de sa masse en vents stellaires lents (~10 km/s). Cette enveloppe gazeuse sera ionisée par la naine blanche résiduelle, formant une nébuleuse planétaire visible pendant ~10 000 ans. La Nébuleuse de l'Anneau (M57), la Nébuleuse du Hibou (M97), la Nébuleuse de la Boîte à Bijoux (NGC 2818) illustrent différentes géométries possibles — sphérique, bipolaire, elliptique — selon l'axe de rotation et la présence d'un compagnon stellaire.