Surprise, la Voie Lactée n'est pas homogène

Publié par Redbran le 10/09/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Des astronomes de l'UNIGE ont observé la composition des gaz de notre galaxie et démontrent que, contrairement aux modèles établis jusqu'à présent, ceux-ci ne sont pas mélangés de manière homogène.


Impression d'artiste: Des nuages et des courants de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) cosmique vierge (magenta) s'accrètent sur la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...), mais ce gaz ne se mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) pas efficacement dans le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) galactique, comme cela est mis en évidence pour le voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) solaire (zoom avant).
© Dr Mark A. Garlick

Afin de comprendre au mieux l'histoire et l'évolution de la Voie Lactée, les astronomes étudient la composition des gaz et des métaux qui la composent. Au cours de cette évolution, trois éléments principaux interviennent: le gaz initial provenant de l'extérieur de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...), le gaz entre les étoiles à l'intérieur de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) - enrichi d'éléments chimiques -, et les poussières créées par la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui...) de métaux présents dans ces gaz. Jusqu'à aujourd'hui, les modèles théoriques faisaient l'hypothèse que ces trois éléments étaient mélangés de manière homogène partout dans la Voie Lactée et que la composition finale en métaux était semblable à celle de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), nommée la métallicité Solaire. Aujourd'hui, une équipe d'astronomes dirigée par l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE) démontre que ces gaz ne sont pas mélangés autant que ce que l'on pensait, ce qui impacte fortement la compréhension que nous avons de l'évolution des galaxies. En conséquence, les modèles de simulation de l'évolution de la Voie Lactée devront être modifiés. Ces résultats sont à lire dans la revue Nature.

Les galaxies sont constituées par un rassemblement d'étoiles et sont formées par la condensation du gaz du milieu intergalactique composé d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...). Ce gaz ne contient pas de métaux - en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...), tous les éléments chimiques plus lourds que l'hélium sont collectivement appelés "métaux", bien qu'ils soient des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) sous forme gazeuse -, contrairement au gaz présent dans les galaxies. "Les galaxies sont alimentées par le gaz "vierge" venant de l'extérieur, qui les rajeunit et permet la formation de nouvelles étoiles, explique Annalisa De Cia, professeure au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et première auteure de l'étude. En parallèle, les étoiles brûlent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) au long de leur vie (La vie est le nom donné :) l'hydrogène qui les constitue et forment par nucléosynthèse (La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux...) d'autres éléments.

Lorsqu'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) arrivée en fin de vie explose, elle expulse les métaux qu'elle a produit comme le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...), le zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément...), le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) et le silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...), nourrissant de ces éléments le gaz de la galaxie." Ces atomes peuvent ensuite se condenser sous forme de poussières, notamment dans les zones plus froides et denses de la galaxie. "Au départ, il y a plus de 10 milliards d'années, il n'y avait donc pas de métaux dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) de la Voie Lactée. Puis les étoiles ont progressivement enrichi le gaz avec les métaux qu'elles produisaient", continue la chercheuse. Lorsque la composition de ce gaz atteint le seuil de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) présente dans le Soleil, on parle de métallicité Solaire.

Un environnement pas si homogène que cela

L'environnement qui constitue la Voie Lactée rassemble ainsi les métaux émanant des étoiles, les particules de poussière qui se sont formées à partir de ces métaux, mais aussi des gaz provenant de l'extérieur de la galaxie qu'elle intègre régulièrement. "Jusqu'à présent, les modèles théoriques considéraient que ces trois éléments étaient mélangés de manière homogène et atteignaient la composition Solaire partout dans notre galaxie, avec une légère augmentation de la métallicité au centre, là où les étoiles sont les plus nombreuses, précise Patrick Petitjean, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...). Nous avons voulu observer cela en détail grâce au spectroscope ultra-violet du satellite (Satellite peut faire référence à :) Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...)."

La spectroscopie permet de décomposer la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) des étoiles, un peu comme avec un prisme ou dans un arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le...). Dans cette lumière décomposée, les astronomes s'intéressent particulièrement aux absorptions: "Lorsqu'on observe du gaz entre l'étoile et nous, les métaux qui composent ce gaz absorbent une toute petite partie de la lumière de manière caractéristique, ce qui nous permet de les détecter et de les identifier", poursuit-il.

Une nouvelle méthode développée pour atteindre la métallicité totale

Durant 25 heures (L'heure est une unité de mesure  :), l'équipe de scientifiques a observé l'atmosphère de 25 étoiles grâce à Hubble et au Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires...) (VLT) installé au Chili. Problème ? Les poussières ne peuvent pas être comptabilisées avec le spectrographe du satellite, alors même qu'elles contiennent des métaux. L'équipe d'Annalisa De Cia a ainsi mis au point (Graphie) une nouvelle technique d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). "Il s'agit de prendre en compte la composition totale du gaz et de la poussière en observant simultanément plusieurs éléments comme le fer, le zinc, le titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro...), le silicium et l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), développe la chercheuse genevoise. Ensuite, nous pouvons remonter à la quantité de métaux présents dans la poussière et l'ajouter à celle déjà quantifiée par les observations précédentes pour avoir le total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...)."

Grâce à cette double technique d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), les astronomes ont constaté que non seulement l'environnement de la Voie Lactée n'est pas homogène, mais que certaines zones étudiées n'atteignent que 10% de la métallicité Solaire. "Cette découverte joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle primordial dans la conception des modèles théoriques sur la formation et l'évolution des galaxies, relève Jens-Kristian Krogager, chercheur au Département d'Astronomie de l'UNIGE. Dorénavant, il faudra affiner les simulations en augmentant la résolution, afin de pouvoir prendre en compte ces changements de métallicité en fonction de leur situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) dans la Voie lactée."

Ces résultats ont un fort impact sur la compréhension de l'évolution des galaxies et de la nôtre en particulier. En effet, les métaux jouent un rôle fondamental dans la formation des étoiles, des poussières cosmiques, des molécules et des planètes. Et on sait à présent que de nouvelles étoiles et planètes pourraient être formées aujourd'hui à partir de gaz possédant des quantités de métaux de compositions très différentes.

Publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) est publiée dans Nature - DOI: 10.1038/s41586-021-03780-0

Contacts:
- Annalisa De Cia (anglais) - Professeure assistante au Département d'astronomie - Faculté des Sciences, UNIGE -
Annalisa.DeCia at unige.ch
- Jens-Kristian Krogager - Maitre-assistant au Département d'astronomie - Faculté des sciences, UNIGE - Jens-Kristian.Krogager at unige.ch
- Patrick Petitjean - Institut d'Astrophysique de ParisSorbonne Université - ppetitje at iap.fr
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