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Découverte d'un nouveau type d'amas globulaires

ActualitéClassé sous :VLT , Galaxie , amas d'étoiles

Des observations effectuées au moyen du VLT ont permis de découvrir un nouveau type d'amas globulaires « sombres » autour de la galaxie géante Centaurus A. Bien qu'ils ressemblent à des amas classiques, ces mystérieux objets sont bien plus massifs et donc susceptibles d'abriter de vastes quantités de matière noire, voire d'imposants trous noirs. Une telle découverte, si elle se confirme, serait totalement inattendue et incomprise.

La vaste galaxie elliptique Centaurus A se situe à quelque 12 millions d'années-lumière de la Terre. Des observations effectuées avec le VLT ont permis de découvrir, autour d’elle, un nouveau type d'amas globulaires dits « sombres » (en rouge sur cette image). Les amas globulaires classiques figurent en bleu et ceux dont les propriétés sont semblables à celles des galaxies naines sont entourés d'un cercle vert. © Eso, DSS, Davide de Martin

De forme circulaire, les amas globulaires sont composés de milliers d'étoiles et sont en orbite autour de la plupart des galaxies. Ils figurent parmi les plus anciens systèmes stellaires de l'Univers et, à ce titre, assistèrent et survécurent au long processus de croissance et d'évolution des galaxies.

Matt Taylor, doctorant à l'université Catholique Pontificale du Chili à Santiago, et bénéficiaire d'une bourse d'études de l'Eso, est le principal auteur de cette nouvelle étude. Il nous en explique l'intérêt : « Les amas globulaires et les étoiles qui les composent constituent des clés de la compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies. Des décennies durant, les astronomes ont pensé que les étoiles d'un amas globulaire donné étaient toutes caractérisées par des âges et des compositions semblables, mais nous savons aujourd'hui qu'il s'agit d'objets bien plus étranges et complexes qu'ils n'y paraissent. »

Des amas globulaires pas comme les autres

La galaxie elliptique Centaurus A — également notée NGC 5128 — est la galaxie géante de ce type la plus proche de la Voie lactée. Elle abrite rien moins que 2.000 amas globulaires, pour la plupart nettement plus lumineux et massifs que les 150 objets de ce type qui gravitent autour de notre Galaxie. 

L'équipe deMatt Taylorvient de réaliser l'étude la plus complète à ce jour d'un échantillon de 125 amas globulaires en orbite autour de Centaurus A menée avec l'instrument Flames au foyer du VLT (Very Large Telescope) à l'observatoire de Paranal, auChili.Les observations de Flames (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) ont livré des informations sur les mouvements des étoiles au sein des amas. Ces données sur la vitesse orbitale étant intrinsèquement liées à l'intensité du champ gravitationnel dans lequel ces étoiles évoluent, les astronomes ont pu en déduire la masse de l'amas (ou masse dynamique). Le pouvoir collecteur du miroir de 8,2 mètres de l'unité télescopique du VLT et la capacité du spectrographe d'observer plus de 100 amas simultanément, ont permis d'acquérir les données nécessaires à cette étude. Les chercheurs ont déduit la masse de chacun d'entre eux puis ont comparé les valeurs obtenues à leurs luminosités respectives.

Cette séquence vidéo montre un panorama de la vaste galaxie elliptique Centaurus A. Un nouveau type d'amas globulaires a été découvert avec le VLT (entourés en rouge). Ils se distinguent des autres qui gravitent autour de cette galaxie par leur masse, nettement plus élevée. © Eso, Digitized Sky Survey, Davide de Martin

Il est apparu que les amas les plus brillants de l'échantillon présentaient une masse supérieure à celle attendue, directement proportionnelle au nombre d'étoiles constituantes. Plus surprenant : certains amas globulaires étaient nettement plus massifs qu'ils semblaient l'être, de prime abord. Et leur surplus de masse était corrélé à une fraction d'autant plus importante de matière sombre.

Quelle est donc cette matière sombre cachée au sein des amas ?

Les hypothèses sont multiples. Peut-être les amas sombres abritent-ils des trous noirs, ou tout autres vestiges stellaires sombres en leur sein ?  Cette hypothèse pourrait en partie expliquer la masse manquante. Toutefois, l'équipe considère qu'elle ne peut rendre compte de l'ensemble des observations. S'agit-il alors de matière noire ? Se pourrait-il que, pour une raison inconnue, certains amas renferment, aujourd'hui encore, cette substance mystérieuse ? Cette hypothèse serait en accord avec les observations. Toutefois, elle irait à l'encontre de la théorie — largement acceptée — selon laquelle les amas globulaires en seraient dépourvus.

Thomas Puzia, coauteur de l'étude, ajoute : « Le fait que nous ayons découvert des amas dont le nombre d'étoiles ne peut expliquer une masse si élevée suggère l'existence de plusieurs types d'amas globulaires, caractérisés par des processus de formation différents. Certains amas d'étoiles semblent dotés de propriétés semblables à celles d'autres amas globulaires, mais les apparences sont parfois trompeuses. »

À l'heure actuelle, ces objets demeurent énigmatiques. Divers indices laissent à penser que des amas sombres de ce type pourraient exister, ailleurs. Matt Taylor résume ainsi la situation : « Nous venons de découvrir un nouveau type d'amas stellaire, pour le moins mystérieux ! Ce résultat montre que nous avons encore beaucoup à apprendre concernant les processus de formation des amas globulaires. C'est un résultat important. Il nous reste à présent à trouver d'autres exemples d'amas sombres de ce type autour d'autres galaxies. »

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