Sur cette image en fausses couleurs (la rouge correspond à l'infrarouge et les autres au visible), on voit la source infrarouge IRAS 16399-0937 observée par Hubble. Il s'agit de deux galaxies en cours de fusion après une collision. © ESA, Hubble & Nasa, Judy Schmidt

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Hubble observe un mégamaser cosmique

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Des galaxies entières sont le siège de mégamasers, un analogue de l'effet laser mais dans le domaine des micro-ondes. L'un d'entre eux, plus puissant que l'Étoile de la mort de Star Wars, observé par le télescope spatial Hubble, résulte de la collision de deux galaxies.

Si les astronomes connaissent l'existence du rayonnement infrarouge depuis le début du XIXe siècle grâce à sa découverte par William Herschel, ce n'est qu'à la fin des années 1960 et pendant les années 1970 que l'astronomie infrarouge a vraiment pris son essor. Comme à chaque fois qu'une bande spectrale nouvelle s'est ouverte en astronomie, cela a apporté son lot de découvertes ainsi que de questions. Ce sont surtout les missions spatiales qui ont permis de faire des bonds de géant, car sur Terre, l'atmosphère ne facilite pas les observations dans ce domaine de longueur d'onde.

La lumière infrarouge permet aux astronomes de voir à travers les zones opaques des galaxies à la recherche des mondes enfouis. © V.Minier, CEA (conception éditoriale); Karamoja Productions (réalisation).

L'une de ces  missions les plus emblématiques a été celle de l'Infrared Astronomical Satellite (satellite astronomique infrarouge, en français). Lancé le 25 janvier 1983 sur une orbite héliosynchrone, Iras a fonctionné pendant dix mois jusqu'au 21 novembre 1983, le temps d'épuiser ses réserves en hélium liquide qui servait à refroidir par évaporation ses instruments en dessous de 2 kelvins. Ce fut un succès donnant un avant-goût de ce qu'allait accomplir par la suite Spitzer et Wise, pour ne citer qu'eux. Iras a par exemple permis de découvrir les premiers disques de débris autour des étoiles Vega et Beta Pictoris. Ses yeux ont aussi percé pour la première fois les nuages moléculaires poussiéreux qui nous cachaient le centre de la Voie lactée.

Le satellite a également permis la découverte de nombreuses sources infrarouges qui correspondent à des galaxies avec flambées d'étoiles, les fameuses galaxies starbust. Leur brillance dans l'infrarouge provient d'un taux de formation particulièrement élevé de jeunes étoiles que l'on n'observe pas dans la majorité des galaxies. On l'explique par des interactions gravitationnelles entre les galaxies conduisant à des collisions et même des fusions. Dans le catalogue des sources infrarouges dressées avec les données d'Iras, on trouve par exemple IRAS 16399-0937. Elle est située à 370 millions d'années-lumière dans la treizième constellation du zodiaque, le Serpentaire, plus connue sous le nom d'Ophiuchus.

Une vue d'artiste du satellite Iras. © Nasa

Un mégamaser 100 millions de fois plus brillant que les masers de la Voie lactée

Le télescope Hubble a permis de l'observer avec deux de ses instruments, à savoir l'Advanced Camera for Surveys (ACS) et le Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (Nicmos). Ce dernier, avec une résolution plus élevée que dans le cas d'Iras, a révélé que IRAS 16399-0937 était en réalité une double source, IRAS 16399N et IRAS 16399S, séparées par environ 11.000 années-lumière sur un axe allant du nord au sud sur la voûte céleste, d'où le N et le S. Si IRAS 16399S est bien une région avec flambée d'étoiles, IRAS 16399N apparait en fait être un noyau de galaxie de type Liner (Low Ionization Nuclear Emission Region) contenant lui-même un trou noir supermassif de 100 millions de masses solaires. Comme l'acronyme de son nom l'indique, les émissions de rayonnement sont celles d'un gaz d'atomes faiblement ionisés.

IRAS 16399N et IRAS 16399S sont très probablement les noyaux de deux galaxies qui sont en train d'achever leur fusion sous les yeux d'Hubble. Mais ce qui rend IRAS 16399-0937 remarquable, c'est qu'il s'agit d'un exemple d'effet maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) à l'échelle d'une galaxie !

Rappelons que l'effet maser est l'analogue exact de l'effet laser mais dans le domaine des micro-ondes. On qualifie parfois ce phénomène à l'échelle galactique de mégamaser. On connait plusieurs exemples de région dans la Voie lactée qui sont les lieux d'un effet maser, mais avec les mégamasers, il est question d'un phénomène 100 millions de fois plus brillant, avec une luminosité totale de l'ordre de 1.000 fois celle du Soleil.

Les chercheurs ont découvert des masers astrophysiques depuis 1965, d'abord associés à des molécules hydroxylées (OH) puis à des molécules d'eau et de monoxyde silicium. Ils se situaient dans la Voie lactée mais en 1973, les astronomes en ont découvert un dans NGC 253 et finalement le premier mégamaser dans la galaxie Arp 220. Plus de 200 mégamasers sont connus à ce jour.

Hubble, un unique et fascinant télescope spatial  Développé par la Nasa et l’Esa (Agence spatiale européenne), le télescope Hubble est dans l’espace depuis presque un quart de siècle. Le satellite livre régulièrement de superbes clichés de notre univers. National Geographic Channel en a sélectionnés quelques-uns des plus beaux ; les voici présentés en vidéo.