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RCW120, la pouponnière d’étoiles révélée par Apex

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Réalisée dans le domaine des longueurs d'ondes submillimétriques, cette image révèle comment une bulle de gaz ionisé en expansion d'une dizaine d'années-lumière de diamètre peut indirectement engendrer de véritables pouponnières d'étoiles.

RCW120, pouponnière d’étoiles vue par Apex où les gaz froids apparaissent en bleu. Crédit ESO

En ouvrant la voie à l'observation des corps très froids, le domaine submillimétrique s'avère aujourd'hui un complément aussi essentiel que l'infrarouge pour l'astronomie, qui ne connaissait encore il y a peu que la lumière visible pour examiner le ciel. En effet, une grande partie des gaz présents dans l'Univers sont extrêmement froids, aux environs de -250°C, soit seulement une vingtaine de degrés au-dessus du zéro absolu (-273°C) et de ce fait rayonnent dans des longueurs d'onde très courtes.

L'instrument Apex (Atacama Pathfinder Experiment) a été conçu à cette fin. Constitué d'une matrice de 295 bolomètres Laboca (capable de mesurer l'énergie d'un rayonnement) sensibles à la fréquence de 870 microns, cet instrument, monté au foyer d'un radiotélescope de 12 mètres de diamètre dans le désert chilien d'Atacama à 5.00 mètres d'altitude, offre un pouvoir de résolution de 18,6 secondes d'arc pour un champ visuel de 11,4 minutes d'arc.

Une nouvelle vision

La région observée, nommée RCW120, se situe à environ 4.200 années-lumière de la Terre dans la constellation du Scorpion. En son centre, une étoile chaude et massive émet d'importantes quantités de radiations ultraviolettes, qui ionisent le gaz environnant en arrachant les électrons des atomes d'hydrogène. Cette excitation provoque l'apparition de plusieurs raies d'émission de l'hydrogène. La plus importante d'entre elles, à 656,28 nanomètres, est dénommée H-alpha et traduit le transit des électrons entre le troisième niveau d'énergie et le second.

Sa lumière rouge caractéristique est considérée comme un indice sérieux de zones d'étoiles en formation, celles-ci étant tributaires d'une forte densité d'hydrogène.

Alors que cette région fortement ionisée s'étend dans l'espace sous l'effet de la pression de radiation de l'astre central, l'onde de choc associée balaie les couches de gaz froids interstellaires ainsi que la poussière cosmique environnante, en perturbant l'équilibre et les rendant instables. Sous l'effet de leur propre gravitation, celles-ci se condensent en amas, finissant par former les nuages d'hydrogène froids où, par la suite, se formeront de nouvelles étoiles.

En raison de leur très basse température, inférieure à -250°C, ces zones ne pouvaient cependant être détectées que dans le domaine des longueurs d'ondes submillimétriques, restant invisibles en optique conventionnelle ainsi qu'en infrarouge.

De nouveaux instruments submillimétriques en préparation

Grâce au bond de sensibilité permis par l'instrument Apex, les chercheurs ont pu détecter des nuages quatre fois plus faibles qu'auparavant. Et puisque la puissance d'émission des nuages de gaz est proportionnelle à leur masse, il est donc possible de détecter des structures quatre fois plus petites qu'auparavant, donc observer des étoiles en formation beaucoup moins massives.

Collaboration entre le Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), l'Onsala Space Observatory (OSO) et l'ESO, Apex préfigure la nouvelle génération de télescopes submillimétriques du projet Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), consistant en une soixantaine d'antennes de 12 mètres reliées entre elles par interférométrie et couvrant une base de 16 kilomètres.

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