Une nouvelle étude de l’univers proche révèle la diversité des galaxies formant des étoiles

Une étude révèle que la physique et le cycle de vie des nuages moléculaires qui forment des étoiles dépendent de leur environnement.

Une équipe d’astronomes utilisant l’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) a terminé le premier recensement des nuages moléculaires dans l’Univers proche, révélant que contrairement à l’opinion scientifique antérieure, ces pouponnières stellaires ne se ressemblent pas toutes et n’agissent pas toutes de la même manière. En fait, elles sont aussi diverses que les personnes, les maisons, les quartiers et les régions qui composent notre propre monde.

Grâce au réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), les scientifiques ont recensé près de 100 galaxies dans l’Univers proche, mettant en évidence leurs comportements et leurs apparences. Les scientifiques ont comparé les données d’ALMA à celles du télescope spatial Hubble, présentées ici en composite. L’enquête a conclu que, contrairement à l’opinion scientifique populaire, les pouponnières stellaires n’ont pas toutes la même apparence et le même comportement. En fait, comme on le voit ici, elles sont aussi différentes que les quartiers, les villes, les régions et les pays qui composent notre propre monde. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/PHANGS, S. Dagnello (NRAO)

Les étoiles sont formées dans les nuages de poussière et de gaz appelés les nuages moléculaires. Chaque nuage peut former des milliers, voire des dizaines de milliers de nouvelles étoiles au cours de sa vie. Entre 2013 et 2019, les astronomes du projet PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Near GalaxieS) ont mené la première étude systématique de 100000 nuages moléculaires à travers 90 galaxies dans l’Univers proche pour mieux comprendre comment leurs propriétés et leur évolution se connectent à la galaxie dans lesquelles les nuages se trouvent.

«Nous avions l’habitude de penser que tous les nuages moléculaires de chaque galaxie doivent se ressembler plus ou moins, mais notre étude a révélé que ce n’est pas le cas, et les nuages moléculaires changent d’un endroit à l’autre», déclare Adam Leroy, professeur d’astronomie à l’Ohio State University (OSU), auteur principal de l’article présentant le projet PHANGS ALMA.

Les scientifiques ont comparé ces changements à la façon dont les gens, les maisons, les quartiers et les villes présentent des caractéristiques similaires, mais changent d’une région à l’autre et d’un pays à l’autre.

«Pour comprendre comment les étoiles se forment, nous devons relier la naissance d’une seule étoile à sa place dans l’Univers. C’est comme relier une personne à sa maison, son quartier, sa ville et sa région. Si une galaxie représente une ville, alors le quartier est le bras spirale, la maison est le nuage moléculaire, et les galaxies voisines sont des villes voisines de la région », explique Eva Schinnerer, astronome à l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) et chercheur principal pour la collaboration PHANGS. «Ces observations nous ont appris que le « quartier » a des effets faibles mais prononcés sur le lieu et le nombre d’étoiles nées.»

Pour mieux comprendre la formation d’étoiles dans différents types de galaxies, l’équipe a observé des similitudes et des différences dans les propriétés des gaz moléculaires et les processus de formation d’étoiles des disques de galaxies, des barres stellaires, des bras spiraux et des centres de galaxies, et a confirmé que la position et le voisinage, jouent un rôle essentiel dans la formation des étoiles.

NGC1385 : Au cours d’une étude de près de 100 galaxies dans l’Univers proche, l’équipe PHANGS a observé NGC1385, une galaxie présentant une morphologie de disque floconneux. L’étude a conclu que, contrairement à la théorie scientifique admise, toutes les pouponnières stellaires ne se ressemblent pas et ne se comportent pas de la même manière. NG1385 est représentée ici sous la forme d’un composite ALMA (orange) avec les données du télescope spatial Hubble (rouge). Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/PHANGS, S. Dagnello (NRAO).

«En cartographiant différents types de galaxies et la gamme d’environnements qui existent dans les galaxies, nous traçons toute la gamme de conditions dans lesquelles les nuages de gaz formant des étoiles vivent dans l’Univers actuel. Cela nous permet de mesurer l’impact de nombreuses variables sur la façon dont la formation des étoiles se produit », déclare Guillermo Blanc, astronome au Carnegie institute for Science et co-auteur de l’article.

Annie Hughes, astronome-adjointe à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), ajoute que c’est la première fois que les scientifiques obtiennent un bilan précis des nuages formant des étoiles pour un aussi grand éventail de galaxies différentes. «Nous avons constaté que les propriétés des nuages formant des étoiles dépendent de l’endroit où ils se trouvent: les nuages dans les régions centrales denses des galaxies ont tendance à être plus massifs, plus denses et plus turbulents que les nuages qui résident dans la banlieue calme d’une galaxie. Le cycle de vie des nuages dépend également de leur environnement. La vitesse à laquelle un nuage forme des étoiles et les processus qui mènent à sa destruction finale, semblent tous les deux aussi dépendre de l’endroit où se trouve le nuage. »

Ce n’est pas la première fois que les nuages moléculaires sont observées avec ALMA, ni la première fois que des scientifiques tentent de les cartographier dans les galaxies proches, mais presque toutes les études précédentes se sont concentrées sur une galaxie individuelle ou une partie d’une seule galaxie. Il a fallu un effort soutenu en utilisant ALMA pendant plus de cinq ans pour rassembler la vue complète de la population de galaxies réalisée par PHANGS. «Le projet PHANGS est une nouvelle forme de cartographie cosmique qui nous permet de voir littéralement la diversité des galaxies sous un jour nouveau. Nous voyons enfin la diversité du gaz formant des étoiles dans de nombreuses galaxies et sommes capables de comprendre comment ils évoluent au fil du temps. Il était impossible de faire ces cartes détaillées avant ALMA », déclare Erik Rosolowsky, professeur de physique à l’Université de l’Alberta et co-auteur de la recherche. «Ce nouvel atlas contient 90 des meilleures cartes jamais réalisées qui révèlent où la prochaine génération d’étoiles va se former.»

Pour l’équipe, le nouvel atlas ne signifie pas la fin de la route. Bien que l’étude ait répondu à des questions sur quoi et où, elle en a soulevé d’autres. «C’est la première fois que nous avons une vision claire de la population de nuages moléculaires à travers l’Univers proche. En ce sens, c’est un grand pas vers la compréhension d’où nous venons », déclare Adam Leroy. «Mais si nous savons maintenant que les nuages moléculaires varient d’un endroit à l’autre, nous ne savons toujours pas pourquoi ni comment ces variations affectent les étoiles et les planètes formées. Ce sont des questions auxquelles nous espérons bientôt répondre. »

À propos d’ALMA

L’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), une telescope d’astronomie internationale, est un partenariat de l’Organisation européenne pour la recherche astronomique dans l’hémisphère sud (ESO), le National Science Foundation (NSF) des États-Unis et le National Institutes of Natural Sciences ( NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l’ESO au nom de ses États membres, par la NSF en coopération avec le Conseil national de recherches du Canada (NRC) et le ministère de la Science et de la Technologie (MOST) et par le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI).

La construction et les opérations d’ALMA sont dirigées par l’ESO au nom de ses États membres; par l’Observatoire national de radioastronomie (NRAO), géré par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l’Amérique du Nord; et par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) au nom de l’Asie de l’Est. L’Observatoire conjoint ALMA (JAO) assure la direction et la gestion unifiées de la construction, de la mise en service et de l’exploitation d’ALMA.

Ressources complémentaires

Contact IRAP

  • Annie Hugues, Annie.Hughes@irap.omp.eu

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