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Posté par Redbran le Dimanche 24/06/2018 à 12:00
D'incroyables super-soleils au cœur des amas globulaires
Pour expliquer les particularités des étoiles peuplant les amas globulaires, des chercheurs imaginent des étoiles 10'000 fois plus massives que le soleil, et qui auraient vécu moins de deux millions d'années.


A 28'000 années-lumière de la Terre, l'amas M80, vu ici par le téléscope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en l'honneur de...), est l'un des plus denses de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.). (NASA)

Les amas globulaires peuvent compter jusqu'à un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) d'étoiles. Agés de 10 à 13 milliards d'années, ils sont une pièce de puzzle essentielle pour notre compréhension de la formation des galaxies. Mais comment expliquer que leurs étoiles, pourtant nées en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) d'un même nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit,...) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...), aient des compositions chimiques différentes ? Une équipe internationale d'astronomes, dont des chercheurs des universités britanniques de Surrey et d'Herdfordshire, de Genève (UNIGE) et d'Amsterdam, a imaginé que des étoiles 5'000 à 10'000 fois plus massives que le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...), et n'ayant vécu que très peu de temps, sont venues polluer l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) au moment de la formation de l'amas. Leur modèle, compatible avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) observationnelles, est publié dans MNRAS.

Les amas globulaires sont parmi les objets les plus massifs et les plus anciens de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), présents aussi bien dans notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) ? qui en compte 180 ? que dans tous les types de galaxies, où ils sont d'autant plus nombreux qu'elles sont plus massives. Les astronomes s'y sont intéressés dès le début du XXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33...) et ont été longtemps persuadés que toutes les étoiles qui les composaient partageaient une composition chimique initiale identique, facilitant ainsi les études comparatives. Mais la donne a changé au début des années 2000, avec les premières observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) réalisées grâce au VLT (Very Large Telescope) de l'ESO, installé au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du Chili, puis plus récement grâce à une étude systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes...) des amas globulaires galactiques avec le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la...).

"Les analyses chimiques détaillées ont révélé des anomalies d'abondance de toute une série d'éléments dont les proportions n'étaient pas identiques pour toutes les étoiles au sein de chaque amas, et ce de manière systématique dans tous les amas étudiés: oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de...), carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2,...), magnésium ou encore aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de...)", détaille Corinne Charbonnel, professeure au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques....) de la Faculté des sciences de l'UNIGE. Et comme ces éléments n'avaient pas pu être produits par les étoiles elles-mêmes, ces dernières devaient nécessairement avoir été différentes dès leur naissance. Restait à comprendre pourquoi et à trouver la source qui aurait "pollué" l'amas.

Une température de 80 millions de degrés

Seules des réactions nucléaires très précises sont à même de produire ces différents éléments. Et pour que leurs proportions respectives coïncident avec les observations, les chercheurs ont développé un modèle prévoyant la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) à une température de près de 80 millions de degrés au sein d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) super-massive, qui n'aurait vécu que très peu de temps, de quelques centaines de milliers à deux millions d'années, avant de perdre sa matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace...) et d'enrichir le milieu avec les éléments qu'elle avait produit. Impossible de dire à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) si une telle étoile super-massive est suffisamment stable, mais les simulations informatiques à N-corps menées par Mark Gieles à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Surrey, premier auteur de l'étude, montrent qu'elle produit les bons éléments, dans les bonnes proportions. C'est le premier scénario qui atteint ce résultat.

Ces "super-étoiles", de 5'000 à 10'000 fois plus massives que notre Soleil, seraient nées d'un "processus d'emballement de collisions entre étoiles au sein d'amas initialement très massifs et très compacts", explique Corinne Charbonnel. L'amas globulaire est en lui-même un milieu extraordinairement dense, pouvant compter plusieurs centaines de milliers d'étoiles dans un rayon d'un parsec (Le parsec (symbole pc) est une unité de longueur utilisée en astronomie. Son nom vient de la contraction de « parallaxe-seconde ».), équivalente à environ 3,2 années-lumière. C'est comme si, à la place du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), il y avait un million d'étoiles dans l'espace qui sépare le Soleil d'Alpha du Centaure, sa plus proche voisine. Seul un tel environnement peut conduire à la formation d'étoiles supermassives, ce qui explique que ces caractéristiques chimiques n'aient jamais été observées dans d'autres types d'amas plus jeunes et moins massifs, comme par exemple l'amas ouvert des Hyades.

Une recherche dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...) lointain

Le modèle développé par les astronomes permet de déduire les paramètres de ces étoiles super-massives, responsables des particularités chimiques des amas globulaires. A partir de leur luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) et de leur température supposées, ils pourront ainsi reconstituer leur spectre et savoir à quoi elles devaient vraiment ressembler, avant de se mettre à leur recherche. Ils devront regarder loin dans le temps, à l'époque de leur formation, dans des galaxies distantes de 10 à 13 milliards d'années-lumière. "Notre modèle permet également de faire le lien entre les premiers amas stellaires qui se sont formés au début de l'évolution des galaxies, et les amas très massifs et très jeunes qui se forment aujourd'hui dans des galaxies en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) comme les Antennes", conclut Corinne Charbonnel.


Représentation schématique du scénario d'enrichissement des amas globulaires en produit de la combustion d'hydrogène à très haute température par une étoile supermassive. © Corinne Charbonnel UNIGE

Référence publication:
Cette recherche est publiée dans
MNRAS
DOI: 10.1093/mnras/sty1059

Contact chercheur:
Corinne Charbonnel - Professeure au Département d'astronomie
Faculté des sciences de l'UNIGE

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