Région HII - Définition
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Introduction
En astronomie, on appelle régions HII (/aʃ.dø/) des nébuleuses en émission constituées de nuages principalement composés d'hydrogène et dont la plupart des atomes sont ionisés, et s'étendant parfois sur plusieurs années-lumière. L'ionisation est produite par la proximité d'une ou plusieurs étoiles très chaudes, de type spectral O ou B, qui rayonnent fortement dans l'ultraviolet extrême, ionisant ainsi le gaz alentour, à partir duquel ces étoiles se sont à l'origine formées.
Plus tard, les explosions en supernovæ et les forts vents stellaires provoqués par les étoiles les plus massives de l'amas stellaire finiront par disperser les particules de gaz restant, laissant derrière elles un amas d'étoiles tel que celui des Pléiades.
Les régions HII tirent leur nom de la présence en grande quantité d'hydrogène ionisé, noté HII, à ne pas confondre avec l'hydrogène moléculaire (H2), et l'hydrogène neutre atomique (HI).
Ces nuages de gaz ionisé sont visibles à de très grandes distances, et l'étude des régions HII extragalactiques est fondamentale pour déterminer les distances et la composition chimique des autres galaxies.
Histoire
Quelques unes des régions HII les plus lumineuses sont visibles à l'œil nu, cependant il semble qu'aucune d'entre elles n'ait été découverte avant l'invention du télescope au début du XVIIe siècle. Même Galilée semble ne pas avoir remarqué la nébuleuse d'Orion alors qu'il observait l'amas stellaire qu'elle contient. C'est l'astronome français Nicolas-Claude Fabri de Peiresc qui découvrira cette nébuleuse en 1610, et depuis un grand nombre de ces régions HII ont été découvertes, à l'intérieur et en dehors de notre Galaxie.
William Herschel, observant la nébuleuse d'Orion en 1774, la décrira comme « une informe brume ardente, matériel chaotique des futurs soleils ». Il faudra cependant attendre encore un siècle pour que cette théorie soit confirmée, lorsque l'astronome britannique William Huggins pointa son spectromètre en direction de plusieurs nébuleuses. Parmi celles qui furent observées, certaines, comme la nébuleuse d'Andromède, possédaient un spectre similaire à celui des étoiles, et on en déduisit qu'il s'agissait en fait de galaxies composées de centaines de millions d'étoiles. Les autres étaient très différentes : à la place d'un spectre continu entrecoupé de raies d'absorption, celui de la nébuleuse d'Orion et d'autres objets similaires n'était composé que de quelques raies d'émission, peu nombreuses.
L'une d'entre elles était située à une longueur d'onde de 500,7 nanomètres, ce qui, à l'époque, ne correspondait à aucun élément chimique connu. Les scientifiques émirent alors l'hypothèse qu'il s'agissait d'un nouvel élément chimique, qui fut nommé nébulium (une idée similaire avait conduit à la découverte de l'hélium en 1868 par analyse du spectre du Soleil).
Cependant, alors que l'hélium fut isolé sur Terre peu après sa découverte dans le spectre du Soleil, ce ne fut pas le cas du nébulium. Au début du XXe siècle, Henry Norris Russell proposa que plutôt que d'être liée à un nouvel élément, la raie d'émission à 500,7 nm pourrait l'être à un élément déjà connu mais placé dans des conditions inhabituelles.
Les physiciens montrèrent dans les années 1920 que dans un gaz de densité extrêmement faible, les électrons excités peuvent occuper des niveaux d'énergie métastables qui seraient très rapidement désexcités par les collisions dans un gaz de densité plus élevée. Or la transition des électrons entre ces niveaux d'énergie dans l'atome d'oxygène mènent précisément à une raie d'émission de 500,7 nm de longueur d'onde. Ces raies spectrales, qui ne peuvent être observées que pour des gaz de densité très faible, sont appelées raies de transition interdites. Les observations spectrométriques des nébuleuses montrèrent donc que celles-ci étaient constituées de gaz extrêmement raréfié.
Au cours du XXe siècle, les observations révélèrent que les régions HII contenaient souvent des étoiles chaudes et très lumineuses. Ces étoiles sont beaucoup plus massives que le Soleil, et sont celles qui possèdent la durée de vie la plus courte, estimée à quelques millions d'années seulement (par rapport aux étoiles comme le Soleil qui peuvent vivre plusieurs milliards d'années). On conjectura alors que les régions HII devaient être un des lieux où les étoiles naissent. Ainsi, sur une période de plusieurs millions d'années, un amas d'étoiles se forme à partir du nuage de gaz, avant que la pression de radiation engendrée par les étoiles déjà créées ne disperse ce qui reste de la nébuleuse. Les Pléiades sont un exemple d'amas qui a totalement « soufflé » le gaz de la région HII à partir de laquelle il s'est formé (seules quelques traces de nébulosité par réflexion sont encore visibles).
