Une nouvelle image spectaculaire prise par la caméra WFI de l’ESO, à l’Observatoire de La Silla au Chili, montre la brillante et peu commune étoile WR 22 et son environnement coloré. WR 22 est une étoile très chaude et lumineuse qui répand son atmosphère dans l’espace à un rythme des millions de fois plus rapide que le Soleil. Cette étoile se trouve dans la spectaculaire nébuleuse de la Carène où elle s’est formée.
Les étoiles très massives vivent intensément et meurent jeunes. Certains de ces « phares » stellaires ont un rayonnement tellement intense qui traverse leur atmosphère épaisse sur la fin de leur vie, qu’ils dispersent de la matière dans l’espace des millions de fois plus rapidement que les étoiles relativement plus modérées comme le Soleil. Ces rares objets massifs et très chauds sont appelés des étoiles Wolf-Rayet [1], du nom des deux astronomes français qui ont les premiers identifié ce type d’étoiles au milieu du 18e siècle. L’une des plus massives étoiles de ce type mesurées jusqu’à présent est connue sous le nom de WR 22. Elle est visible au centre de cette image réalisée à partir de clichés pris avec des filtres rouge, vert et bleu et la caméra WFI (Wide Field Imager) installée sur le télescope de 2,2 mètres MPG/ESO à l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili. WR 22 fait partie d’un système d’étoiles doubles et a une masse d’au moins 70 fois celle du Soleil.
WR 22 se trouve dans le ciel austral dans la constellation de la Carène qui est une partie de la coque d’Argo, le bateau de Jason dans la mythologie grecque. Bien que cette étoile se trouve à plus de 5 000 années-lumière de la Terre, elle est si lumineuse que dans de bonnes conditions elle peut pratiquement être vue à l’œil nu. WR 22 est l’une des nombreuses étoiles exceptionnellement lumineuses associées à la magnifique nébuleuse de la Carène (aussi connue sous le nom de NGC 3372) et les parties extérieures de cette gigantesque région de formation stellaire de la Voie Lactée australe constituent l’arrière-plan coloré de cette image.
Les couleurs subtiles de cette riche tapisserie d’arrière-plan sont le résultat des interactions entre l’intense rayonnement ultraviolet émis par les étoiles chaudes et massives et les vastes nuages de gaz, principalement d’hydrogène, à partir desquels elles se sont formées. La partie centrale de cet énorme complexe de gaz et de poussière se trouve sur le côté gauche de cette photo, comme on peut le voir sur l’image . On trouve également dans cette zone la remarquable étoile Eta Carinae dont il a été question dans un précédent communiqué de presse (eso0905).
Observation du Soleil à Haute-Corréo de 15h à 18h : utilisation de plusieurs instruments permettant de voir le Soleil dans différentes longueurs d’onde, ainsi que d’un coronographe pour l’observation des protubérances.
En soirée, une conférence » dessine moi l’univers » par Bertrand Laville et observation saturne, Jupiter et du ciel profond (nébuleuses, galaxies, amas…) à l’observatoire de Haute-Corréo.
Samedi 07 Août
Observation du Soleil à Haute-Corréo de 15h à 18h : utilisation de plusieurs instruments permettant de voir le Soleil dans différentes longueurs d’onde, ainsi que d’un coronographe pour l’observation des protubérances.
En soirée, nous vous convions à un pique-nique (tiré du sac) dans le champ de Copernic, suivi de la projection d’un film dès 21h, à la suite de laquelle nous vous invitons à venir contempler le ciel aux télescopes.
Pour la 7ème année consécutive, l’association organise les « étoiles de Dormillouse » dans le cadre exceptionnel de la vallée de Freissinières, laquelle offre notamment des conditions d’observation privilégiées (altitude, absence de pollution lumineuse).
L’animation se déroule sur 4 jours, au village de Dormillouse, au cœur du Parc National des Ecrins :
- tous les après-midis (16h à 18h) : observation du Soleil avec plusieurs télescopes et dans diverses longueurs d’onde, permettant de comprendre la physique de notre étoile ;
- tous les soirs (à partir de 21h30) : découverte des constellations, observation du ciel nocturne aux télescopes (dont un grand instrument de 450 mm d’ouverture), permettant de voir les planètes, mais aussi, grâce au ciel noir de ce territoire préservé des Hautes-Alpes, des galaxies, nébuleuses…
Une équipe internationale comprenant des chercheurs français a obtenu la première image d’un disque de poussière autour d’une étoile massive en cours de formation grâce à l’utilisation simultanée de plusieurs télescopes du VLT de l’ESO. Cette découverte fait l’objet d’un article dans le numéro de Nature du 15/07/2010.
L’équipe d’astronomes européens, comprenant des chercheurs appartenant au laboratoire Hippolyte Fizeau à Nice et au Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble a examiné l’étoile IRAS 13481-6124 avec une précision inégalée grâce au mode interférométrique du Very Large Telescope de l’ESO et de l’instrument AMBER, construit par un consortium international dirigé par ces deux laboratoires français associés au CNRS. Cet astre est situé dans la constellation du Centaure à plus de 10 000 années-lumière. Il s’agit d’une jeune étoile massive, 20 fois la masse du Soleil et 5 fois son rayon, en cours de formation. Son âge est estimé à 60 000 ans et elle est encore entourée des restes de son cocon géniteur qui ont fait l’objet d’une détection directe par AMBER.
Utilisant des images d’archives obtenues par le télescope infrarouge de la NASA Spitzer ainsi que des observations obtenues avec le radiotélescope APEX de l’ESO, cette équipe a aussi découvert une éjection de matière. Cette éjection de matière est souvent considérée comme un indicateur de la présence d’un disque circumstellaire. Ces disques sont un ingrédient essentiel dans la formation des étoiles ayant une masse comparable à celle du Soleil. Jusqu’à présent il n’était pas évident que le mode de formation des étoiles massives soit identique à celui des étoiles de type solaire. Le rayonnement puissant (ici de l’ordre de 30 000 fois plus brillant que le Soleil) de cet embryon d’étoile déjà massif aurait pu empêcher la matière de continuer à spiraler vers l’étoile pour la rendre encore plus massive.
En mélangeant la lumière infrarouge reçue de cet astre par trois télescopes auxiliaires de 1,8 m du VLTI (Very Large Telescope Interferometer) de l’ESO, l’instrument AMBER permet d’observer des détails que seul un télescope géant d’un diamètre de 85 m pourrait détecter. Pour illustrer la puissance de ces observations, on peut dire que leur résolution permettrait de voir, depuis la Terre, chacun des phares d’un camion situé sur la Lune.
Ce type d’observation devient relativement commune de nos jours grâce aux équipements comme le VLT en mode interférométrique, mais ce qui l’est moins c’est la capacité à reconstruire une image. L’image publiée dans Nature, sans être la première image obtenue par AMBER, est la première image d’une étoile jeune massive et permet de mieux comprendre la nature de ce type d’objet.
Sous l’influence du rayonnement intense du cœur stellaire, ce disque qui s’étend sur un rayon de 130 fois la distance Terre-Soleil et qui pèse approximativement 20 fois la masse du Soleil ne devrait pas survivre longtemps. C’est donc une chance qu’il ait pu être observé, en particulier sa partie interne qui semble dépourvue de poussières. L’autre aspect important de ce résultat est d’avoir montré qu’un même mécanisme de formation peut être à l’origine des étoiles de toutes masses.
En utilisant une combinaison d’instruments du VLT de l’ESO, une équipe d’astronomes a découvert l’étoile la plus massive connue à ce jour avec une masse à la naissance supérieure à 300 fois la masse de notre Soleil, soit deux fois les 150 masses solaires considérées actuellement comme la masse maximale pour une étoile. L’existence de ces monstres – des millions de fois plus lumineux que le Soleil, perdant de la masse en émettant des vents très puissants – pourrait apporter une réponse à la question suivante : « quelle masse maximale les étoiles peuvent-elles atteindre ? »
Une équipe d’astronomes dirigée par Paul Crowther, Professeur d’astrophysique à l’Université de Sheffield, a utilisé le VLT (Very Large Telescope) de l’ESO ainsi que des données d’archives du télescope spatial Hubble (ESA/NASA), pour étudier en détail deux jeunes amas d’étoiles, NGC 3603 et RMC 136a. NGC 3603 est une usine cosmique où les étoiles se forment en quantité dans le nuage étendu de gaz et de poussière de la nébuleuse, situé à 22 000 années-lumière du Soleil (eso1005). RMC 136a (plus souvent connu sous le nom de R136) est un autre amas de jeunes étoiles massives et chaudes, situé à l’intérieur de la nébuleuse de la Tarentule, dans une de nos galaxies voisines, le Grand Nuage de Magellan, à 165 000 années-lumière du Soleil (eso0613).
Cette équipe a trouvé plusieurs étoiles ayant des températures de surface supérieures à 40 000 degrés, soit plus de sept fois plus chaudes, quelques dizaines de fois plus grandes et plusieurs millions de fois plus brillantes que notre Soleil. Les comparaisons avec les modèles impliquent que plusieurs de ces étoiles sont nées avec des masses de plus de 150 masses solaires. L’étoile R136a1, trouvée dans l’amas R136, est l’étoile la plus massive jamais observée avec une masse actuelle d’environ 265 masses solaires et avec une masse à la naissance atteignant 320 fois la masse du Soleil.
Dans NGC 3603, les astronomes ont également pu mesurer directement les masses de deux étoiles qui appartiennent à un système d’étoile double , ce qui a permis de valider les modèles utilisés. Les masses de naissance estimées des étoiles de types A1, B et C de cet amas sont au dessus ou proches de 150 masses solaires.
Les étoiles très massives produisent des vents très puissants. « Contrairement aux humains ces étoilent naissent « grosses » et perdent du poids en vieillissant » dit Paul Crowther. « Etant âgée d’un peu plus d’un million d’années, l’étoile la plus extrême, R136a1, est déjà à la moitié de sa vie et a déjà subi un intense régime amaigrissant, perdant un cinquième de sa masse initiale pendant cette période, ce qui correspond à plus de cinquante masses solaires. »
Si R136a1 remplaçait le Soleil dans notre système solaire, son rayonnement par rapport à celui du Soleil serait autant de fois plus lumineux que le rayonnement actuel du Soleil l’est par rapport à celui de la pleine Lune. « Sa grande masse réduirait la durée de l’année terrestre à trois semaines et elle arroserait la Terre de rayonnements ultraviolet incroyablement intenses, rendant la vie impossible sur notre planète, » dit Raphael Hirschi de la Keele University, un des membres de l’équipe.
Ces étoiles « super-poids-lourds » sont extrêmement rares, se formant uniquement dans les amas d’étoiles les plus denses. Distinguer les étoiles de manière individuelle – ce qui vient d’être fait pour la première fois – requiert l’extrême pouvoir de résolution des instruments infrarouge du VLT .
Cette équipe a également estimé la masse maximum que les étoiles de ces amas peuvent atteindre ainsi que le nombre relatif des plus massives. « La masse des plus petites étoiles ne peut être inférieure à plus de quatre-vingts fois celle de Jupiter, en dessous ce sont des « étoiles ratées » ou «naines brunes » précise un autre membre de l’équipe, Olivier Schnurr de l’Astrophysikalisches Institut Potsdam. « Notre découverte confirme la vision antérieure indiquant qu’il y a aussi une limite supérieure à la grosseur des étoiles, toutefois cette limite augmente d’un facteur deux pour atteindre maintenant les 300 masses solaires. »
Il y a seulement quatre étoiles dans R136 qui avaient une masse supérieure à 150 masses solaires à leur naissance, mais elles totalisent près de la moitié du vent et du pouvoir radiatif de l’amas dans son ensemble, comprenant approximativement 100 000 étoiles au total. R136a1 à elle seule injecte cinquante fois plus d’énergie dans son environnement que l’amas de la nébuleuse d’Orion, la région de formation d’étoiles massives la plus proche de la Terre.
Comprendre comment les étoiles de grande masse se forment est assez compliqué, du fait de leur courte durée de vie et de leurs vents puissants, l’identification de ce genre de cas extrêmes, tel que R136a1, ne fait que repousser encore plus loin le défi pour les théoriciens. « Soit elles sont nées aussi grosses soit des étoiles plus petites ont fusionné pour produire ces cas extrêmes, » explique Paul Crowther.
Les étoiles ayant une masse entre 8 et 150 masses solaires explosent en supernovae à la fin de leur courte vie, laissant derrière elles des restes exotiques qui sont soit des étoiles à neutron soit des trous noirs. L’existence d’étoiles de masses comprises entre 150 et 300 masses solaires étant maintenant établie, les découvertes de cette équipe augmentent la perspective de l’existence de « supernovae d’instabilité de paire» exceptionnellement brillantes qui se volatilisent complètement en explosant, ne laissant derrière elles aucun reste et dispersant jusqu’à dix masses solaires de fer dans leur environnement. Quelques candidates à de telles explosions ont déjà été proposées ces dernières années.
R136a1 est non seulement l’étoile la plus massive jamais observée, mais elle a également la plus grande luminosité, proche de 10 millions de fois celle du Soleil. « En raison de la rareté de ces monstres, je pense qu’il est peu probable que ce nouveau record soit battu prochainement, » conclut Paul Crowther.
Herschel, observatoire dans l’infrarouge de l’ESA, nous dévoile des détails jusqu’alors inaccessibles sur la formation des étoiles. Les nouvelles images transmises par le télescope montrent que des milliers de galaxies lointaines sont le siège d’une intense activité de production d’étoiles, tandis que notre Voie lactée apparaît drapée dans de magnifiques voiles peuplés d’embryons stellaires. L’une des étoiles apparaissant sur ces images suscite tout particulièrement la curiosité des scientifiques.
Présentés aujourd’hui au cours d’un important symposium scientifique organisé à l’Agence spatiale européenne (ESA), ces résultats remettent en question les théories habituelles sur la formation des étoiles et ouvrent de nouvelles pistes pour la recherche scientifique.
En observant la région de formation stellaire RCW 120, Herschel a mis en évidence une étoile embryonnaire qui pourrait devenir, d’ici quelques centaines de milliers d’années, l’une des plus massives et des plus brillantes de notre Galaxie. En effet, elle atteint déjà huit à dix fois la masse du Soleil et a encore largement de quoi s’alimenter, puisque le nuage qui l’entoure contient une masse de gaz et de poussière équivalant à 2 000 fois celle du Soleil !
« Cette étoile ne peut que continuer à grossir », constate Annie Zavagno, du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille. Les étoiles massives sont rares et éphémères. Observer l’une d’elle au moment où elle est en train de se former représente pour les astronomes une fabuleuse occasion pour tenter de résoudre un paradoxe sur lequel ils s’interrogent de longue date. « D’après les connaissances actuelles, la formation d’étoiles d’une masse supérieure à huit fois celle du Soleil ne devrait pas être possible », indique Annie Zavagno.
Gestation et naissances d’étoiles dans la Voie lactée
En effet, la lumière émise par ces étoiles géantes est d’une telle intensité qu’elle devrait théoriquement pulvériser le cocon qui les entoure, les empêchant de continuer à accumuler de la matière. Pourtant, de telles étoiles parviennent à se former et nombre d’entre elles ont déjà été répertoriées, avec des masses pouvant atteindre jusqu’à 150 fois celle du Soleil. Maintenant que Herschel est parvenu à observer l’une de ces étoiles au tout début de son évolution, les astronomes vont pouvoir l’étudier pour tenter de comprendre comment ces astres défient leurs théories.
Herschel est le plus grand télescope astronomique qui ait jamais été lancé. Le diamètre de son miroir principal, quatre fois supérieur à celui des télescopes spatiaux infrarouge qui l’ont précédé, représente une fois et demie celui de Hubble. Au cours de la gestation des étoiles se produit un échauffement des poussières et du gaz environnants, qui atteignent une température de quelques dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu et commencent alors à émettre dans le domaine de l’infrarouge lointain. L’atmosphère terrestre bloque la majeure partie de ce rayonnement, qui ne peut donc être observé que depuis l’espace.
Chaîne de production d’étoiles dans la constellation du Petit Renard
Grâce à ses instruments d’une résolution et d’une sensibilité sans précédent, Herschel est en train de recenser toutes les régions de formation stellaire de notre Galaxie. « Avant Herschel, nous ne savions pas très bien comment la matière présente dans la Voie lactée parvenait à atteindre des densités suffisamment élevées et des températures suffisamment basses pour donner naissance à des étoiles », explique Sergio Molinari, de l’Institut de physique de l’espace interplanétaire à Rome.
Une nouvelle image de Herschel diffusée aujourd’hui, sur laquelle apparaissent plusieurs pouponnières d’étoiles de la Voie lactée, permet de mieux comprendre comment les choses se déroulent. Les embryons stellaires apparaissent d’abord au sein de filaments de poussière et de gaz incandescents qui s’étirent à travers la Galaxie. Ceux-ci forment des chaînes de pouponnières d’étoiles qui s’étendent sur des distances de plusieurs dizaines d’années-lumière, enveloppant la Galaxie d’un réseau d’étoiles en gestation.
Herschel étudie aussi l’espace lointain au-delà de notre Galaxie et mesure le rayonnement infrarouge émis par des milliers d’autres galaxies éparpillées dans l’Univers à des milliards d’années-lumière. Ces galaxies apparaissent comme de simples points brillants, mais leur luminosité est telle que les astronomes peuvent en déduire le taux de formation stellaire en leur sein. En simplifiant, on peut dire que plus une galaxie est brillante, plus elle produit d’étoiles.
Galaxies distantes et gaz proches vus par Herschel
Dans ce domaine aussi, Herschel bouscule les schémas habituels en montrant qu’à l’échelle du temps cosmique, les galaxies évoluent beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait. Les astronomes étaient convaincus que le taux de formation stellaire des galaxies était à peu près identique depuis environ trois milliards d’années. Or Herschel dément cette théorie.
Dans le passé, les galaxies dites « à flambée d’étoiles », dans lesquelles le taux de formation stellaire est de dix à quinze fois plus élevé que celui observé actuellement dans la Voie lactée, étaient nettement plus nombreuses qu’aujourd’hui. On ignore cependant ce qui a déclenché cette activité frénétique. « Herschel va nous permettre d’étudier les causes de ce comportement », se réjouit Steve Eales, de l’Université de Cardiff, au Royaume-Uni.
Herschel est également un excellent instrument de détection des molécules, qui sont les plus petites particules de matière. Il a été le premier à identifier dans l’espace une nouvelle « phase » de l’eau : Contrairement aux phases qui nous sont plus familières, à savoir la glace, l’eau liquide et la vapeur, cette phase chargée électriquement n’est pas naturellement présente sur Terre. En revanche, dans les nuages entourant les jeunes étoiles, le rayonnement ultraviolet traverse le gaz et cette irradiation peut arracher un électron d’une molécule d’eau, qui se retrouve ainsi chargée électriquement.
« Cette découverte de vapeur d’eau ionisée a été une véritable surprise », reconnaît Arnold Benz, de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (Suisse). « Elle montre que des réactions violentes se produisent durant les premiers stades de la formation des étoiles et propagent des rayonnements énergétiques à travers tout le nuage ».
Ces découvertes, dont le domaine s’étend des plus petites particules aux gigantesques galaxies, sont présentées cette semaine à la communauté scientifique, ainsi que d’autres résultats inédits, dans le cadre du Symposium ESLAB 2010, entièrement consacré à Herschel. Cette manifestation se déroule au Centre européen de Recherche et de Technologie spatiales (ESTEC) de l’ESA situé à Noordwijk (Pays-Bas).
« La mission Herschel ne fait que commencer et ces résultats nous donnent un avant-goût des importantes retombées scientifiques attendues au cours des années à venir », s’enthousiasme Göran Pilbratt, responsable scientifique du projet Herschel à l’ESA.
Les rayons cosmiques sont accélérés dans les régions riches en étoiles massives : c’est le lien que viennent d’établir des chercheurs de Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements (CESR : CNRS, Université Paul Sabatier, OMP-OSU/INSU), à Toulouse, à partir des observations du Grand Nuage de Magellan réalisées au cours de la première année d’exploitation du satellite Fermi de la NASA. Une découverte qui apporte un éclairage essentiel au sujet de ces rayons cosmiques, découverts en 1912 mais dont l’origine restait jusqu’alors très incertaine.
Les rayons cosmiques sont un flux de particules ayant une énergie colossale liée à leur vitesse avoisinant celle de la lumière : cette énergie, dite cinétique, est sans commune mesure avec celle que sont capables de générer les plus performants des accélérateurs de particules. Pour les scientifiques, reste une question fondamentale : d’où ces rayons qui bombardent la Terre en permanence tirent-ils cette énergie ? Les physiciens, comme l’Italien Enrico Fermi, ont très tôt supposé que celle-ci pouvait être acquise dans des régions du milieu interstellaire secouées par des chocs, comme ceux qui accompagnent l’expansion des restes de supernovæ issus de l’explosion des étoiles massives. «Avant de mourir en explosions de supernovæ, les étoiles massives s’évaporent littéralement en développant de puissants vents stellaires et donc de l’énergie cinétique. Ces vents, ainsi que les explosions, créent des ondes de chocs dans le milieu interstellaire qui sont capables d’accélérer des particules à des vitesses proches de celle de la lumière. Comme en plus les étoiles massives vivent et meurent en groupes, l’accumulation de plusieurs chocs accélèrent encore plus les particules dans le milieu interstellaire. Les particules se comportent alors comme des balles de ping-pong entre deux raquettes qui se rapprochent : elles vont de plus en plus vite à chaque aller-retour », décrit Jürgen Knödlseder du CESR, qui a dirigé ces travaux.
Pour mener leurs recherches, les scientifiques se sont donc tout naturellement tournés vers une « fabrique d’étoiles massives » : le Grand Nuage de Magellan, galaxie irrégulière qui orbite autour de la nôtre à 170 000 années-lumière. Dans cette région, une zone, appelée 30 Doradus, est notamment très propice à la formation d’étoiles massives et s’est révélée être une source importante d’émission de rayons cosmiques. « Il est facile de dévoiler ce type de rayonnement car il a une signature particulière : nous traquons la lumière gamma qui est émise lors de la décroissance des pions neutres. Ces pions neutres sont créés par la collision des rayons cosmiques avec les atomes du gaz interstellaire », détaille le chercheur. Couplées aux marqueurs de formation d’étoiles massives, ces nouvelles données recueillies par le satellite Fermi et son télescope Large Area Telescope (LAT) ont permis de faire la corrélation entre accélération des rayons cosmiques et régions formatrices d’étoiles massives, et donc, de mieux comprendre l’origine de ce rayonnement.
À l’issue de ces travaux, un résultat a malgré tout surpris les chercheurs. « Nous pensions que la diffusion de ces rayons cosmiques s’étendrait dans toute la galaxie, et par conséquent que toute la galaxie serait une source lumineuse de rayons gamma. Mais la luminosité gamma que nous avons observée reste en fait confinée vers la région 30 Doradus, relate Jürgen Knödlseder. Cela renforce le constat que ce sont bien les régions formant les étoiles massives qui sont la source des rayons cosmiques, mais nous ne savons pas encore comment expliquer que ceux-ci ne parviennent pas à s’échapper de ces régions accélératrices ». Hypothèses envisagées : soit le champ magnétique près de 30 Doradus pourrait retenir les rayons dans la zone, soit les rayons cosmiques ont été accélérés récemment et n’ont pas encore eu le temps de s’échapper de leur région d’accélération.
Cette question sera pour les mois à venir au cœur du travail des chercheurs du CESR. La suite de leur collaboration avec le projet Fermi, entamée en 2004 via le développement des logiciels d’analyse scientifique, permettra aussi d’étendre leurs recherches à d’autres galaxies, aux histoires différentes, telles que le Petit Nuage de Magellan ou la galaxie d’Andromède. « C’est en observant toute la diversité de ce qui se passe dans les galaxies nous entourant, et qui sont plus accessibles que la nôtre pour l’observation, que nous approcherons mieux les phénomènes qui animent notre propre Galaxie », conclut le chercheur. Ces résultats ont été publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.
Aujourd’hui, l’ESO dévoile une image de Gum 19, une nébuleuse peu lumineuse, peu connue, dont une moitié apparaît sombre et l’autre brillante lorsqu’on l’observe dans l’infrarouge. D’un côté, l’hydrogène gazeux chaud est illuminé par une étoile supergéante bleue appelée V391 Velorum. La formation de nouvelles étoiles se situe dans le « ruban » de matière sombre et de matière lumineuse qui entoure, sur cette image, le côté gauche de V391 Velorum. Après plusieurs milliers d’années, ces jeunes étoiles, combinées à la fin explosive de V391 Velorum en supernova, vont probablement modifier le « visage » de Gum 19 dont l’apparence actuelle évoque Janus.
Gum 19 se trouve dans la direction de la constellation des Voiles à environ 22 000 années-lumière de la Terre. Gum 19 tient son nom d’un article de 1955, écrit par l’astrophysicien australien Colin S. Gum, qui a servi de premier relevé significatif des régions communément appelées « régions HII » (lire H – deux) du ciel austral. HII fait référence à l’hydrogène gazeux qui est ionisé, c’est à dire énergisé jusqu’au point où les atomes d’hydrogène perdentleurs électrons. De telles régions émettent la lumière dans des longueurs d’onde (ou couleurs) bien définies, donnant ainsi à ces nuages cosmiques leur rayonnement caractéristique. Et en fait, tels des nuages terrestres, les formes et les textures de ces régions HII changent avec le temps, même si cette métamorphose, au lieu de se passer sous nous yeux, se déroule sur des éternités. Pour le moment, Gum 19 a un air de science-fiction, comme s’il y avait sur cette image « une déchirure dans l’espace-temps », avec une bande brillante étroite et presque verticale fendant la nébuleuse d’un bout à l’autre. Son aspect fait également penser à un poisson-ange (ou scalaire) à deux teintes ou encore à une flèche à la pointe obscurcie.
Cette nouvelle image de cet objet évocateur qu’est Gum 19, a été réalisée par un instrument infrarouge appelé SOFI, installé sur le télescope NTT (New Technology Telescope) de l’ESO à l’Observatoire de La Silla au Chili. Le nom de SOFI vient de « Son of ISAAC » (Fils d’ISAAC), du nom de l’instrument « père », ISAAC, installé sur le VLT de l’ESO à l’Observatoire de Paranal au nord de La Silla. En observant cette nébuleuse dans l’Infrarouge, les astronomes peuvent enfin voir à travers une bonne partie de la poussière.
Le fourneau qui alimente le rayonnement de Gum 19 est une gigantesque étoile extrêmement chaude appelée V391 Velorum. Elle brille de manière plus intense dans la gamme bleue, très chaude, de la lumière visible – V391 Velorum affiche une température de surface aux alentours de 30 000 degrés Celsius. Cette étoile massive a cependant une nature capricieuse et est par conséquent classée parmi les étoiles variables. La luminosité de V391 Velorum peut varier soudainement suite à une forte activité pouvant inclure des éjections de coquilles de matière, qui contribuent à la composition et à l’émission de lumière de Gum 19.
Les étoiles, à l’échelle gigantesque de V391 Velorum, ne brûlent pas de manière aussi brillante pendant très longtemps, et après une vie relativement courte d’environ dix millions d’années, ces titans explosent en supernovae. Ces explosions, dont l’intensité lumineuse rivalise temporairement avec celle de galaxies entières, propulsent de la matière chauffée dans l’espace environnant, un événement qui peut changer radicalement la couleur et la forme des nébuleuses qui les hébergent. Ainsi, l’agonie de V391 Velorum pourrait bien laisser Gum 19 méconnaissable.
Dans le voisinage de cette supergéante agitée, de nouvelles étoiles continuent néanmoins à se développer. Les régions HII indiquent les lieux de formation stellaire active où de grandes quantités de gaz et de poussière ont commencé à s’effondrer sous l’effet de leur propre gravité. Dans plusieurs millions d’années – le temps d’un simple clin d’œil au regard du temps cosmique – le cœur de ces blocs de matière qui se condensent atteindrafinalement une densité suffisamment grande pour enclencher les réactions de fusion nucléaire. Ce nouveau déversement d’énergie et les vents stellaires de ces nouvelles étoiles modifieront également le paysage gazeux de Gum 19.
Pour la première fois, des astronomes ont réalisé des mesures directes de la taille et de la luminosité de régions où naissent les étoiles dans une galaxie très lointaine, grâce à une découverte fortuite avec le télescope APEX. Cette galaxie est si lointaine et sa lumière a mis tellement de temps à nous parvenir, que nous la voyons telle qu’elle était il y a 10 milliards d’années. Une lentille gravitationnelle cosmique grossit cette galaxie, nous en donnant une vue en gros plan impossible à obtenir autrement. Ce phénomène chanceux révèle une trépidante et vigoureuse activité de formation d’étoiles dans les galaxies de l’Univers jeune avec des nurseries stellaires se formant cent fois plus rapidement que dans les galaxies plus récentes. Cette recherche est publiée en ligne aujourd’hui dans le journal Nature.
Des astronomes étaient en train d’observer un amas massif de galaxies [1] avec le télescope APEX (Atacama Pathfinder Experiment), utilisant les longueurs d’onde submillimétriques, quand ils ont découvert une nouvelle galaxie d’une luminosité peu commune, plus éloignée que l’amas. C’est la galaxie très lointaine la plus lumineuse jamais observée dans les ondes submillimétriques. Elle est si lumineuse parce que les grains de poussière cosmique de la galaxie rayonnent après avoir été chauffés par le rayonnement des étoiles. Cette nouvelle galaxie a été nommée SMM J2135-0102.
«Nous avons été stupéfaits de trouver un objet étonnamment lumineux qui n’était pas à l’endroit attendu. Nous avons vite réalisé qu’il s’agissait une galaxie plus distante et inconnue jusqu’à présent, grossie par l’amas de galaxies plus proche » déclare Carlos De Breuk de l’ESO, un des membres de l’équipe. Carlos De Breuk était en train d’observer avec le télescope APEX sur le plateau de Chajnantor à une altitude de 5000 mètres dans les Andes chiliennes.
Cette nouvelle galaxie SMM J2135-0102 est lumineuse à ce point du fait de l’amas massif de galaxies situé au premier plan. L’énorme masse de cet amas courbe la lumière de la galaxie plus distante, agissant comme une lentille gravitationnelle [2]. Comme avec un télescope, il grossit et éclaircit notre vision de la galaxie lointaine. Grâce à un alignement fortuit de l’amas et de la galaxie lointaine, cette dernière est fortement grossie, d’un facteur 32.
« Le grossissement dévoile cette galaxie avec des détails jamais obtenus précédemment, même si elle est si éloignée qu’il a fallu environ 10 milliards d’années à sa lumière pour nous atteindre, » explique Mark Swinbank de l’Université de Durham, premier auteur de l’article présentant cette découverte. « Grâce à des observations renouvelées avec le télescope Submillimeter Array, nous avons été capables d’étudier avec une grande précision les nuages où les étoiles se forment dans la galaxie. »
Ce grossissement signifie que la formation stellaire peut être identifiée dans la galaxie, jusqu’à une échelle de seulement quelques années-lumière – pratiquement en dessous de la taille des nuages géants de la Voie Lactée. Pour voir ce niveau de détail sans l’aide de la lentille gravitationnelle, il faudrait de futurs télescopes comme ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), qui est actuellement en construction sur le même plateau qu’APEX. Cette découverte fortuite a donc déjà donné un aperçu aux astronomes de la science qu’il sera possible de faire d’ici quelques années.
Ces « fabriques d’étoiles » ont une taille semblable à celles que l’on trouve dans la Voie Lactée, mais elles sont cent fois plus lumineuses, laissant penser que la formation stellaire dans les premiers temps de la vie de ces galaxies est un processus beaucoup plus vigoureux que celui que l’on trouve habituellement dans les galaxies situées plus près de nous dans le temps et dans l’espace. Par de nombreux points, ces nuages ressemblent plus aux cœurs les plus denses des nuages de formation stellaire de notre Univers proche.
«Nous estimons que SMM J2135-0102 produit des étoiles à un taux équivalent à environ 250 Soleils par an, » déclare Carlos De Breuk.« La formation stellaire dans ses grands nuages de poussière est différente de celle que l’on voit dans notre Univers proche, mais nos observations suggèrent également que nous devrions être capables d’utiliser une physique sous-jacente similaire pour les nurseries stellaires les plus denses des galaxies proches afin de comprendre la naissance des étoiles dans ces galaxies plus lointaines. »
Notes
[1]Les amas de galaxies sont parmi les objets les plus massifs de l’Univers, assemblés et maintenus par la gravité. Ils comprennent des centaines à des milliers de galaxies qui à peine un dixième de leur masse totale. La majeure partie de leur masse, qui s’élève jusqu’à un million de milliards [1015] de fois la masse de notre Soleil, est composée de gaz chaud et de matière noire. Dans le cas de cette étude, l’amas observé est désigné par MACS J2135-010217 (ou MACS J213512.10-010258.5) et se situe à environ quatre milliards d’années-lumière.
[2] L’effet de lentille gravitationnelle est prévu par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Du fait de leur masse extrêmement importante et de leur emplacement intermédiaire entre nous et les galaxies très distantes, les amas de galaxies agissent comme des lentilles gravitationnelles très performantes, courbant la lumière en provenance des galaxies situées en arrière-plan. Selon la répartition de la masse de l’amas, de nombreux effets très intéressants se produisent, tels que l’amplification de luminosité, des distorsions, des arcs géants et une multitude d’images de la même source.
La supergéante rouge Bételgeuse est l’une des étoiles les plus brillantes de notre ciel. Elle est une cible primaire pour les interféromètres d’aujourd’hui en raison de son grand diamètre, de sa proximité et de sa grande luminosité dans l’infrarouge. Un groupe des chercheurs internationaux dirigé par Andrea Chiavassa (Max Planck Institute for Astrophysics, Groupe de Recherche Astronomie et Astrophysique du Languedoc) et incluant des chercheurs de Montpellier et de Paris1 a montré comment caractériser pour la première fois la convection de Bételgeuse en comparant les simulations hydrodynamiques 3D avec les observations interférométriques du visible jusqu’à l’infrarouge. Cette étude permet de faire un pas en avant vers la compréhension du mécanisme de la perte de masse des supergéantes rouges, qui contribue largement à l’enrichissement chimique de notre Galaxie.
Les étoiles évoluées de masse comprise entre environ 10 et 25 masses solaires sont appelées supergéantes rouges. Elles sont les plus grandes étoiles de l’Univers. Elles ont une température de surface d’environ 4 000K (alors que le Soleil est 5 780K) et sont environ 1 000 fois plus grandes que le Soleil, ce qui fait d’elles les étoiles brillantes les plus connues. Ces propriétés extrêmes prédisent leur disparition parce qu’elles approchent de la fin de leur vie et sont condamnées à exploser en supernova.
Parmi elles se trouve Bételgeuse, dans la constellation d’Orion. Cette étoile est très bien visible à l’œil nu pendant les mois d’hiver car son rayon est d’environ 4-5 unités astronomiques (ce qui est supérieur à l’orbite de Jupiter).
Pour les supergéantes rouges, plusieurs mystères ne sont toujours pas résolus :
le mécanisme de perte de masse, qui déverse d’énormes quantités de gaz dans les environs circumstellaires, n’est pas explicable;
leur composition chimique est largement méconnu en raison des difficultés dans l’analyse des spectres et à cause des vigoureux mouvements convectifs.
La solution des ces mystères repose sur une approche théorique basée sur les simulations hydrodynamiques multidimensionnelles (et en particulier en trois dimensions, 3D) du mouvement du gaz dans les couches atmosphériques des étoiles, couplé avec la radiation. Dans ces modèles, la totalité de l’enveloppe de l’étoile est simulée, au cours du temps.
