Des astronomes détectent du fluor à 12 milliards d'années-lumière

Publié par Adrien le 05/11/2021 à 09:00
Source: ESO
Une nouvelle découverte permet de mieux comprendre comment le fluor - un élément présent dans nos os et nos dents sous forme de fluorure - est forgé dans l'Univers. Grâce à ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), dont l'Observatoire Européen Austral (L'Observatoire européen austral (en anglais, European Southern Observatory : ESO) est une...) (ESO) est partenaire, une équipe d'astronomes a détecté cet élément dans une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) si lointaine que sa lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) a mis plus de 12 milliards d'années à nous parvenir. C'est la première fois que le fluor (Le fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il s'agit du...) a été repéré dans une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) à formation d'étoiles aussi lointaine.


"Nous connaissons tous le fluor car le dentifrice (Le dentifrice est une pâte utilisée sur une brosse à dents pour le nettoyage des...) que nous utilisons tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) en contient sous forme de fluorure", explique Maximilien Franco, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Hertfordshire au Royaume-Uni, qui a dirigé la nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy. Comme la plupart des éléments qui nous entourent, le fluor est créé à l'intérieur des étoiles mais, jusqu'à présent, nous ne savions pas exactement comment cet élément était produit. "Nous ne savions même pas quel type d'étoiles produisait la majorité du fluor dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) !".

Maximilien Franco et ses collaborateurs ont repéré du fluor (sous forme de fluorure d'hydrogène) dans les grands nuages de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) de la galaxie lointaine NGP-190387, que nous voyons telle qu'elle était lorsque l'Univers n'avait que 1,4 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent...) d'années, soit environ 10 % de son âge actuel. Comme les étoiles expulsent les éléments qu'elles forment dans leur coeur lorsqu'elles arrivent en fin de vie (La vie est le nom donné :), cette détection implique que les étoiles qui ont créé le fluor ont dû vivre et mourir rapidement.

L'équipe pense que les étoiles Wolf-Rayet, des étoiles très massives qui ne vivent que quelques millions d'années, un clin d'oeil dans l'histoire de l'Univers, sont les sites de production de fluor les plus probables. Selon ces chercheurs, ces étoiles sont nécessaires pour expliquer les quantités de fluorure d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) qu'ils ont repérées. Les étoiles Wolf-Rayet avaient déjà été suggérées comme sources possibles de fluor cosmique, mais les astronomes ignoraient jusqu'à présent leur rôle dans la production de cet élément au début de l'Univers.

"Nous avons montré que les étoiles Wolf-Rayet, qui comptent parmi les étoiles les plus massives connues et qui peuvent exploser violemment lorsqu'elles arrivent en fin de vie, nous aident, en quelque sorte, à conserver une bonne santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) dentaire !" plaisante Maximilien Franco.

Outre ces étoiles, d'autres scénarios concernant la production et l'expulsion du fluor ont été avancés par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...). Il s'agit par exemple des pulsations d'étoiles géantes et évoluées dont la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) peut atteindre plusieurs fois celle de notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), appelées étoiles de la branche asymptotique des géantes. Mais l'équipe pense que ces scénarios, dont certains prennent des milliards d'années à se produire, pourraient ne pas expliquer entièrement la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de fluor dans NGP-190387.

"Pour cette galaxie, il n'a fallu que quelques dizaines ou centaines de millions d'années pour avoir des niveaux de fluor comparables à ceux trouvés dans les étoiles de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...), qui a 13,5 milliards d'années. C'est un résultat totalement inattendu", explique Chiaki Kobayashi, professeure à l'université de Hertfordshire. "Notre mesure ajoute une contrainte totalement nouvelle sur l'origine du fluor, qui a été étudiée pendant deux décennies."

La découverte de NGP-190387 constitue l'une des premières détections de fluor au-delà de la Voie Lactée et de ses galaxies voisines. Les astronomes ont déjà repéré cet élément dans des quasars lointains, des objets brillants alimentés par des trous noirs supermassifs au centre de certaines galaxies. Mais jamais auparavant cet élément n'avait été observé dans une galaxie à formation d'étoiles si tôt dans l'histoire de l'Univers.

La détection du fluor par l'équipe est une découverte fortuite rendue possible grâce à l'utilisation d'observatoires spatiaux et terrestres. NGP-190387, découverte à l'origine par l'observatoire spatial Herschel de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...), puis observée par ALMA situé au Chili, est extraordinairement lumineuse au regard de sa distance. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) ALMA ont confirmé que la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) exceptionnelle de NGP-190387 était en partie due à une autre galaxie massive (Le mot massif peut être employé comme :) connue, située entre NGP-190387 et la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), très près de la ligne de visée. Cette galaxie massive a amplifié la lumière observée par Maximilien Franco et ses collaborateurs, leur permettant de repérer le faible rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) émis il y a des milliards d'années par le fluor de NGP-190387.

De futures études de NGP-190387 avec l'Extremely Large Telescope (ELT) - le nouveau projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) phare de l'ESO, en cours de construction au Chili et dont l'exploitation devrait commencer dans le courant de la décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix »...) - pourraient révéler d'autres secrets sur cette galaxie. "ALMA est sensible au rayonnement émis par le gaz et la poussière interstellaires froids", explique Chentao Yang, boursier de l'ESO au Chili. "Avec l'ELT, nous serons en mesure d'observer NGP-190387 à travers la lumière directe des étoiles, ce qui nous permettra d'obtenir des informations cruciales sur le contenu stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...) de cette galaxie."
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