Une photographie infrarouge en fausses couleurs de l'amas Serpens, montrant ses jeunes étoiles scrutant du plus profond d'une épaisse crête de poussière qui obscurcit la lumière optique. Les astronomes ont utilisé des images aux rayons X (ACISI-I) de la région pour conclure qu'un certain nombre de ces étoiles sont effectivement très jeunes même si elles n'hébergent pas de disques de matière autour d'elles. Les étoiles ont peut-être perdu leurs disques en raison d'interactions dans l'amas, alors que les étoiles sans disque sont généralement plus anciennes. Crédit :NASA/Spitzer et Winston 2018
Les étoiles se forment fréquemment dans des environnements surpeuplés. En combinant les ressources de missions multi-longueurs d'onde comme Chandra dans les rayons X et Spitzer dans l'infrarouge, les astronomes sont capables de résoudre les ambiguïtés et d'assembler un recensement beaucoup plus complet du contenu des amas et des propriétés individuelles de la population. Un exemple en est le développement de disques (éventuellement protoplanétaires) autour de nouvelles étoiles. Des disques se forment avec la nouvelle étoile puis évoluent sur quelques millions d'années avant de se dissiper, peut-être en laissant des planètes derrière, et dans les environnements groupés, leur développement peut être influencé par les interactions avec les voisins.
Les disques stellaires sont réchauffés par leurs étoiles et ont d'abord été repérés via l'émission infrarouge de la poussière chaude. Les jeunes étoiles plus évoluées sans disques n'ont pas cette signature infrarouge caractéristique et peuvent donc être identifiées comme les plus évoluées d'un amas. On a également découvert que les jeunes étoiles émettaient des niveaux élevés de rayons X par rapport aux étoiles de la séquence principale en raison de leur circulation interne encore en développement. (En réalité, les jeunes étoiles peuvent avoir des luminosités des milliers de fois plus brillantes en rayons X que leurs homologues stellaires plus âgées.) Dans un environnement d'amas surpeuplé, cependant, où l'on pense que d'autres facteurs que l'âge peuvent inhiber ou perturber le développement d'un disque, l'émission de rayons X offre un outil indépendant pour identifier ces jeunes étoiles sans disques.
L'amas d'étoiles Serpens Sud, estimée à environ 900 années-lumière en direction de la constellation des Serpents, est très jeune et ses étoiles sont lourdement masquées par l'épaisse poussière natale de leur environnement - en effet, on pense qu'elle fait partie des régions les plus jeunes près de chez nous, ce qui en fait un banc d'essai important pour l'étude de l'évolution des disques dans les environnements en cluster. Les astronomes du CfA Elaine Winston et Scott Wolk et deux collaborateurs ont utilisé les données de Chandra et Spitzer pour analyser soixante-six jeunes étoiles de l'amas avec des émissions infrarouges et de rayons X. Ils ont trouvé cinq étoiles qui semblaient être sans disque et anciennes parce qu'elles n'avaient pas la signature infrarouge des disques, mais sur la base de leur émission de rayons X, ils sont en fait encore assez jeunes :leur dissipation de disque n'est pas le résultat du vieillissement mais d'interactions entre clusters, conforme à la théorie.
L'équipe a également été en mesure de résoudre un différend de longue date sur la distance au cluster. De nombreux astronomes avaient supposé que c'était jusqu'à trois mille années-lumière, la même distance qu'un autre amas dans cette région du ciel, mais la luminosité intrinsèque des rayons X des jeunes étoiles dans les amas est connue pour suivre une distribution de valeurs relativement étroite, et l'émission de rayons X observée de ces étoiles plaide contre l'estimation de la distance plus éloignée et en faveur de la valeur de 900 larmes de lumière.
