La formation d'étoiles est l'un des phénomènes les plus fondamentaux de l'Univers. À l'intérieur des étoiles, le matériau primordial du Big Bang est transformé en éléments plus lourds que nous observons aujourd'hui. Dans les atmosphères étendues de certains types d'étoiles, ces éléments se combinent dans des systèmes plus complexes comme les molécules et les grains de poussière, les blocs de construction de nouvelles planètes, étoiles et galaxies et, finalement, pour la vie. De violents processus de formation d'étoiles laissent des galaxies autrement ternes briller dans l'obscurité de l'espace profond et nous les rendent visibles sur de grandes distances.
La formation d'étoiles commence par l'effondrement des parties les plus denses des nuages interstellaires, des régions caractérisées par une concentration relativement élevée de gaz moléculaire et de poussières comme le complexe Orion (ESO PR Photo 20/04) et la région du Centre galactique (Communiqué de presse ESO 26 / 03). Étant donné que ce gaz et cette poussière sont des produits de la formation d'étoiles antérieures, il doit y avoir eu une première époque où ils n'existaient pas encore.
Mais comment les premières étoiles se sont-elles alors formées? En effet, décrire et expliquer la «formation d'étoiles primordiales» - sans gaz moléculaire ni poussière - est un défi majeur en astrophysique moderne.
Une classe particulière de galaxies relativement petites, connues sous le nom de «Galaxies naines bleues», peut fournir des exemples proches et contemporains de ce qui a pu se produire dans le premier univers pendant la formation des premières étoiles. Ces galaxies sont pauvres en poussière et en éléments plus lourds. Ils contiennent des nuages interstellaires qui, dans certains cas, semblent être assez similaires à ces nuages primordiaux à partir desquels les premières étoiles se sont formées. Et pourtant, malgré le manque relatif de poussière et de gaz moléculaire qui forment les ingrédients de base pour la formation d'étoiles que nous connaissons de la Voie lactée, ces galaxies naines bleues abritent parfois des régions de formation d'étoiles très actives. Ainsi, en étudiant ces zones, nous pouvons espérer mieux comprendre les processus de formation d'étoiles dans l'Univers primitif.
Formation d'étoiles très active dans NGC 5253
NGC 5253 est l'une des plus proches des galaxies naines bleues connues; il est situé à une distance d'environ 11 millions d'années-lumière en direction de la constellation sud du Centaure. Il y a quelque temps, un groupe d'astronomes européens [1] a décidé d'examiner de plus près cet objet et d'étudier les processus de formation d'étoiles dans l'environnement primordial de cette galaxie.
Certes, NGC 5253 contient de la poussière et des éléments plus lourds, mais beaucoup moins que notre propre galaxie de la Voie lactée. Cependant, il est assez extrême en tant que site de formation intense d'étoiles, une «galaxie d'étoiles» abondante en terminologie astronomique et un objet de choix pour des études détaillées de la formation d'étoiles à grande échelle.
La photo 31a / 04 d'ESO PR offre une vue impressionnante du NGC 5253. Cette image composite est basée sur une exposition dans le proche infrarouge obtenue avec l'instrument ISAAC multimode monté sur le télescope Antu VLT de 8,2 m de l'ESO Paranal Observatory (Chili) , ainsi que deux images dans la bande d'ondes optiques obtenues à partir des archives de données du télescope spatial Hubble (situées à ESO Garching). L'image VLT (dans la bande K à la longueur d'onde 2,16 µm) est codée en rouge, les images HST sont respectivement bleues (bande V à 0,55 µm) et vertes (bande I à 0,79 µm).
L'énorme capacité de collecte de lumière et la qualité optique fine du VLT ont permis d'obtenir une image proche infrarouge très détaillée (cf. PR Photo 31b / 04) lors d'une exposition de seulement 5 min. Les excellentes conditions atmosphériques de Paranal au moment de l'observation (voir 0,4 arcsec) permettent la combinaison de données spatiales et terrestres en une photo couleur de cet objet intéressant.
Une importante piste de poussière est visible du côté ouest (droit) de la galaxie, mais des taches de poussière sont visibles partout, ainsi qu'un grand nombre d'étoiles colorées et d'amas stellaires. Les différentes nuances de couleur indiquent l'âge des objets et le degré d'obscurcissement par la poussière interstellaire. L'image VLT proche infrarouge pénètre beaucoup mieux dans les nuages de poussière que les images optiques HST, et certains objets profondément enfouis qui ne sont pas détectés dans l'optique apparaissent donc comme rouges dans l'image combinée.
Mesurant la taille et la luminosité infrarouge de chacun de ces objets «cachés», les astronomes ont pu distinguer les étoiles des amas stellaires; ils comptent pas moins de 115 grappes. Il était également possible de dériver leur âge - environ 50 d'entre eux sont très jeunes en termes astronomiques, moins de 20 millions d'années. La distribution des masses des étoiles en grappes ressemble à celle observée dans les grappes d'autres galaxies à éclat d'étoile, mais le grand nombre de jeunes grappes et d'étoiles est extraordinaire dans une galaxie aussi petite que NGC 5253.
Lorsque des images du NGC 5253 sont obtenues à des longueurs d'onde progressivement plus longues, cf. ESO PR Photo 31c / 04 qui a été prise avec le VLT dans la bande L (longueur d'onde 3,7? M), la galaxie est très différente. Il n'affiche plus la richesse des sources vues dans l'image en bande K et est désormais dominé par un seul objet lumineux. Au moyen d'un grand nombre d'observations dans différentes régions de longueurs d'onde, de l'optique à la radio, les astronomes constatent que cet objet unique émet autant d'énergie dans la partie infrarouge du spectre que la galaxie entière dans la région optique. La quantité d'énergie rayonnée à différentes longueurs d'onde montre qu'il s'agit d'un amas stellaire jeune (quelques millions d'années), très massif (plus d'un million de masses solaires), intégré dans un nuage de poussière dense et lourd (plus de 100 000 masses solaires de poussière ; l'émission vue dans PR Photo 31c / 04 provient de cette poussière).
Une vue vers les débuts
Ces résultats montrent qu'une galaxie aussi petite que NGC 5253, presque 100 fois plus petite que notre propre galaxie de la Voie lactée, peut produire des centaines d'amas stellaires compacts. Les plus jeunes de ces grappes sont toujours profondément ancrés dans leurs nuages nataux, mais lorsqu'ils sont observés avec des instruments sensibles aux infrarouges comme ISAAC au VLT, ils se distinguent en effet comme des objets très lumineux.
Le plus massif de ces amas contient environ un million de masses solaires et brille jusqu'à 5000 étoiles massives très lumineuses. Il pourrait bien être très similaire aux progéniteurs de l'Univers primitif des anciens amas globulaires que nous observons maintenant dans les grandes galaxies comme la Voie lactée. En ce sens, NGC 5253 nous offre une vue directe sur nos propres débuts.
Remarque
[1] Le groupe est composé de Giovanni Cresci (Université de Florence, Italie), Leonardo Vanzi (ESO-Chili) et Marc Sauvage (CEA / DSN / DAPNIA, Saclay, France). Plus de détails sur la présente enquête sont disponibles dans un document de recherche ("The Star Cluster population of NGC 5253" de G. Cresci et al.) À paraître prochainement dans la principale revue de recherche Astronomy & Astrophysics (une préimpression est disponible en astro-ph / 0411486).
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
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