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Les amas globulaires : une mémoire de la formation de la Voie lactée

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Constitués de quelques centaines de milliers d'étoiles rassemblées dans une sphère dont le diamètre n'est que de quelque centaines d'années-lumière tout au plus, les amas globulaires de la Voie lactée conserveraient le souvenir de la formation de notre Galaxie, lisible dans leurs caractéristiques actuelles. C'est ce qu'affirme un groupe d'astrophysiciens de l'Université de Bonn.

L'amas globulaire M80, NGC 6093, vu par Hubble. D'un diamètre de 86 années-lumière il est situé une distance de 27400 années-lumière. Crédit : The Hubble Heritage Team (AURA STScI NASA)

Les amas globulaires sont des concentrations très denses d'étoiles de forme sphérique en orbite autour des noyaux des galaxies. Dans le cas de la Voie lactée, on en connaît plus de 150 mais il est probable qu'il en existe dix à vingt fois plus. On sait qu'ils sont majoritairement formés d'étoiles âgées d'au moins 10 milliards d'années et ayant atteint un stade d'évolution similaire. Pauvres en métaux, c'est-à-dire, dans le jargon des astrophysiciens, en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, ces étoiles ont dû se former en même temps et sont contemporaines des plus vielles étoiles de la Galaxie. L'un des plus célèbres amas globulaires est celui d'Hercule (M13) vers qui le fameux message d'Arecibo a été envoyé en 1974.

On connaît dans les grandes lignes les étapes de la formation des galaxies dans l'Univers mais il existe des variantes dans les détails et les observations montrent que bien des choses restent encore incomprises. Plusieurs scénarios plus précis sont à l'étude, notamment par des simulations numériques comme celles de MareNostrum.

Il semble clair cependant que les amas globulaires des galaxies se sont formés très tôt dans l'histoire de l'Univers observable à partir de surdensités dans les nuages de gaz d'hydrogène et d'hélium primitifs, tout comme les premières galaxies, il y a plus de 13 milliards d'années. On peut donc penser qu'ils sont en quelque sorte des fossiles de ces temps reculés. Contrairement aux galaxies qui ont subi de multiples collisions et fusions, avec en plus une évolution chimique importante, dominée par les explosions de supernovae, les amas doivent garder une mémoire bien plus lisible de la formation des galaxies.


Une vidéo en anglais sur l'amas globulaire M15. Crédit : Sirius Stargazing

La protogalaxie qui allait devenir la Voie lactée s'est formée très vite

Une tentative de décryptage de cette mémoire cosmique a été entreprise par des chercheurs de l'Institut Max-Planck de radioastronomie et de l'Institut Argelander à Bonn sous la direction de Pavel Kroupa, dont on se souvient qu'il s'était demandé récemment si les galaxies naines ne désobéissaient pas à la loi de la gravitation.

Les amas globulaires sont anciens, mais ils ne se sont pas tous formés exactement en même temps. Les plus jeunes sont nés au moment où les premières explosions de supernovae avaient fait augmenter le taux d'éléments lourds dans le nuage de gaz en train de former la protogalaxie qu'était la Voie lactée. Simultanément, au fur et à mesure que notre Galaxie se formait et se contractait par effondrement gravitationnel, les forces de marée sur les amas en formation devenaient plus importantes, influençant leur évolution et donc l'apparition de leurs caractéristiques actuelles.

En combinant des analyses théoriques aux observations des amas (tailles, âges, composition) et l'influence qu'a eu sur eux la formation de la Voie lactée, le groupe de chercheurs en a conclu que la protogalaxie s'était formée très vite, en quelques centaines de millions d'années tout au plus. C'est la première fois que l'on peut ainsi jeter un regard sur les premiers stades d'évolution de la Voie lactée. Les astrophysiciens se transforment donc en archéologues galactiques. Les détails de leurs travaux sont sur arXiv et seront publiés dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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