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La distribution en masse des étoiles des galaxies ne serait pas universelle

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Les astrophysiciens pensaient pouvoir évaluer la proportion d'étoiles de faibles masses dans une galaxie à partir de celle, bien visible, des étoiles de masses supérieures à celle du Soleil. Une nouvelle étude montre que cette proportion ne serait pas universelle. Les galaxies contiendraient parfois plus d'étoiles de faibles masses.

Zoom de GALEX sur NGC 1566. Crédit : Nasa

Gerhardt R. Meurer, chercheur à l'Université Johns Hopkins de Baltimore (Etats-Unis), étudiait avec ses collègues les galaxies au moyen du télescope en orbite Galaxy Evolution Explorer de la Nasa, quand il a été conduit à une découverte remettant en cause ce que l'on pensait savoir de la moyenne du nombre d'étoiles d'une masse donnée présentes dans une galaxie.

Les astronomes, utilisant en plus le Cerro Tololo Inter-American Observatory du Chili, ont en effet remis en cause l'exactitude de ce qu'on appelle la fonction initiale de masse (initial mass function, abrégée en IMF en anglais). Cette relation décrit la distribution des masses des étoiles pour une population d'étoiles nouvellement formées. Elle fournit donc le nombre d'étoiles de masse M par unité de masse.

L'un des pionniers des études basées sur l'IMF était le grand astrophysicien Salpeter et c'est lui qui avait donné une première estimation de la forme de l'IMF pour les étoiles plus massives que le Soleil. Jusqu'à présent, tout le monde pensait que pour chaque étoile dont la masse dépassait ou était égale à 20 fois celle du Soleil, il en existait 500 dont la masse était égale ou inférieure à celle du Soleil.

C'est une relation importante pour comprendre en quelles proportions les étoiles se forment dans une galaxie mais aussi pour estimer le nombre d'étoiles d'une galaxie lorsqu'on ne peut compter correctement les moins lumineuses, en particulier parce que la galaxie est trop lointaine.

On pensait que cette fonction était plus ou moins universelle et valable pour toutes les galaxies ou presque. Ce serait une erreur...

Cliquer pour agrandir. Les observations conjointes de Galex et des instruments du Cerro Tololo dans l'ultraviolet remettent en cause l'universalité de l'IMF. Ici, on voit deux galaxies, NGC 1566 et NGC 6902. Crédit : Nasa

Un résultat qui laisse augurer de nouvelles découvertes

Le progrès des instruments aidant, les observations en ultraviolet ont permis d'améliorer le comptage des étoiles faiblement lumineuses. Des variations notables du nombre d'étoiles de faibles masses par rapport à celles de masses supérieures à celle du Soleil ont donc été mises en évidence. Ainsi, dans certains cas, on trouve que pas loin de 2.000 étoiles de faible masse se forment pour une étoile massive.

Ce résultat n'est au fond pas si surprenant. En effet, l'étalonnage de la relation avait été réalisé en étudiant la Voie lactée et les Nuages de Magellan. Il est vrai que depuis 50 ans les observations de galaxies plus lointaines, moins précises, semblaient en accord avec l'hypothèse d'universalité.

Les astrophysiciens vont donc maintenant pouvoir affiner leurs modèles d'évolution des galaxies et, tout comme la mesure fine des rapports d'abondances des isotopes a ouvert bien des portes pour comprendre le fonctionnement et l'histoire de la Terre, on peut sans doute s'attendre à de nouvelles découvertes dans le monde des galaxies et leurs histoires.

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