Une vue du bulbe galactique au centre de la Voie lactée. Il abrite de très vieilles étoiles, âgées de plus de dix milliards d'années. Cette photographie a été prise de l'Observatoire du Paranal, dans le désert d'Atacama, au Chili. © John Colosimo, Eso

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Le mystère des jeunes étoiles manquantes de la Voie lactée

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Observant dans l'infrarouge, des astronomes viennent de découvrir, au centre de notre Galaxie, une région curieusement très pauvre en céphéides et donc probablement en jeunes étoiles. Cette géographie est inexplicable et impose peut-être une révision majeure de l'histoire de la Voie lactée, encore bien mal connue.

En 1930, l'astronome américain d'origine suisse Robert Julius Trumpler a révélé le phénomène d'« extinction interstellaire » en étudiant les amas ouverts de la Voie lactée. D'autres, avant lui, l'avaient suspecté, par exemple Herschel et Barnard. Des arguments théoriques laissaient entendre que la densité des étoiles ainsi que leur spectre ne devaient pas changer avec la distance alors que les observations montraient le contraire : plus le regard se porte loin, moins les étoiles visibles sont nombreuses et plus elles sont rouges. Trumpler prouva que de la matière interstellaire absorbait une partie de la lumière, l'effet étant d'autant plus important que la distance était grande. Il permettait de rendre compte des deux anomalies observées.

En pratique, au-delà d'environ 15.000 années-lumière, les étoiles de notre galaxie nous sont invisibles. En plus de la poussière interstellaire, du gaz fait également obstacle à l'ultraviolet lointain, aux rayons X et aux rayons gamma. Ceci explique pourquoi plusieurs des supernovae que l'humanité aurait dû contempler depuis plusieurs siècles ont échappé aux observations.

Barnard 68 est un nuage moléculaire situé à environ 500 années-lumière de la Terre dans la constellation d'Ophiuchus. Son nom vient de celui d'Edward Barnard, qui l'a ajouté à son catalogue de nébuleuses obscures en 1919. Sa masse est évaluée à environ deux fois celle du Soleil pour une taille d'environ 0,5 année-lumière. © Eso

Poussière et gaz nous cachent l'histoire et la structure de notre galaxie

En effet, le décompte des supernovae dans les autres galaxies sur une année, tous types confondus (SN II et SN Ia notamment), conduit à estimer que notre Voie lactée devrait en produire en moyenne trois à quatre par siècle. La dernière connue, révélée par ses restes brillant en rayons X par le satellite Chandra, a eu lieu il y a 140 ans environ. La précédente, survenue sans doute il y a 330 ans, n'a été découverte qu'en radio et en 1947. Il s'agit de Cassiopée A et, contrairement à celles de 1572 et 1604, observées en lumière visible par Tycho Brahe (SN 1572) et Johannes Kepler (SN 1604), elle ne semble pas avoir été notée par des astronomes.

Cette extinction stellaire rend donc difficile l'étude de la structure et de l'histoire de la Voie lactée. Toutefois, les nuages de gaz et de poussières laissent plus facilement passer le rayonnement infrarouge. Cela a permis par exemple à l'astronome Denilso Camargo et ses collègues brésiliens de mieux connaître la structure de notre Galaxie grâce à certains amas ouverts détectés par la mission Wise.

Aujourd'hui, une équipe d'astronomes japonais et italiens a utilisé les observations dans le domaine de l'infrarouge effectuées avec un télescope de l'Observatoire astronomique sud-africain, SAAO (South African Astronomical Observatory), situé dans la province du Cap-du-Nord, environ 300 km au nord de la ville du Cap, dans le cadre du projet ISRF (Infrared Survey Facility). Ils expliquent leur surprise dans un article déposé sur arXiv. Leurs observations impliqueraient probablement, en effet, une révision majeure de nos idées sur la structure et l'histoire de la Voie lactée.

Une représentation d'artiste des céphéides dans la Galaxie. Celles indiquées sont des jeunes étoiles bleues. Il semble qu'une partie du disque galactique, en son centre, en soit dépourvue, ce qui pose des questions également sur la présence d'autres jeunes étoiles. © The University of Tokyo

L'absence d'étoiles jeunes nous raconte quelque chose, mais quoi ?

Le bulbe de notre Galaxie contient beaucoup de vieilles étoiles, dites de population II. Mais qu'en est-il de la formation des jeunes étoiles dans cette zone et, plus généralement, dans la région centrale du disque galactique ? Une façon de répondre à cette question est de partir à la chasse aux céphéides. Ce sont des étoiles variables bien connues dont le mécanisme de variation de la luminosité a été compris par le grand astrophysicien Arthur Eddington vers 1917. Certaines classes de céphéides sont des étoiles jeunes, âgées de 10 à 300 millions d'années. Elles sont aussi de bons indicateurs de distances pour les amas globulaires et les galaxies proches, et pour sonder la structure de la Voie lactée.

Or, selon les estimations des chercheurs japonais et italiens, elles sont bien présentes jusqu'à environ 150 années-lumière du centre de la Galaxie, mais au-delà, c'est le désert ou presque dans un rayon de 8.000 années-lumière environ (rappelons que le Soleil est lui à environ 26.000 années-lumière du centre). Cela suggère fortement qu'il n'y a pas de jeunes étoiles, ou très peu, dans cette région. Ce résultat est en accord avec ceux déjà obtenus dans le domaine des ondes radio par certains astronomes. Une conclusion possible est que la formation stellaire s'y est arrêtée depuis des centaines de millions d'années.

Cela veut certainement dire quelque chose sur l'histoire et la dynamique de notre Voie lactée, mais quoi ? Faut-il faire intervenir une activité passée du trou noir supermassif central qui aurait inhibé la formation de jeunes étoiles ? À ce stade, mystère. Peut-être découvrira-t-on des pièces du puzzle quand l'archéologie galactique aura progressé ? Peut-être avec les résultats attendus de la mission Gaia ?

Le lancement de Gaia  Le tir Soyouz VS06 a emporté l'observatoire spatial Gaia, le 19 décembre 2013, depuis le Centre spatial guyanais à Sinnamary. © Esa