Cette image du nuage de formation d'étoiles NGC 346 est une combinaison de lumière à plusieurs longueurs d'onde du télescope spatial Spitzer de la NASA (infrarouge), le télescope des nouvelles technologies de l'Observatoire européen austral (visible), et le télescope spatial XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne (rayons X). La vision infrarouge plus nette de Webb permettra aux astronomes d'étudier plus en détail les étoiles en développement encore enfermées dans leurs cocons natals de gaz et de poussière. Crédit :NASA, JPL-Caltech, et D. Gouliermis (Institut Max-Planck)
La lueur éblouissante des jeunes étoiles domine les images de la pépinière stellaire géante NGC 346, dans la galaxie naine voisine appelée le Petit Nuage de Magellan. Mais cette beauté photogénique est plus qu'un "joli visage".
NGC 346 est un proxy proche de la myriade de régions de formation d'étoiles qui existaient lorsque l'univers était en feu avec la formation d'étoiles quelques milliards d'années seulement après le big bang. Les astronomes ne disposent pas de télescopes assez puissants pour étudier les détails de la formation des étoiles dans ces galaxies lointaines du "baby-boom". Le télescope spatial Hubble a imagé NGC 346 pour identifier les étoiles optiquement brillantes. Cependant, pour comprendre le processus de formation des étoiles, les astronomes doivent scruter les pépinières stellaires poussiéreuses. Les observateurs utiliseront la vision infrarouge nette du télescope spatial James Webb de la NASA pour étudier NGC 346, ce qui pourrait les aider à développer une image plus claire de la façon dont les galaxies d'autrefois produisaient des étoiles à une vitesse aussi incroyable.
Webb permettra aux astronomes de réaliser une opération sans précédent, analyse détaillée d'une région de formation d'étoiles déficiente en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. Au tout début de l'univers, seuls l'hydrogène et l'hélium (cuits dans le big bang) étaient des matières premières disponibles pour la formation des étoiles. Les générations d'étoiles suivantes ont créé des éléments plus lourds dans leurs noyaux par fusion nucléaire et par explosions de supernova. Ces éléments, comme le carbone, azote, et de l'oxygène, sont recyclés dans les générations d'étoiles suivantes, planètes, et dans le cas de la Terre, toutes les formes de vie.
Un autre lien entre NGC 346 et l'apogée de la formation d'étoiles est la grande quantité de jeunes, étoiles massives résidant dans ces zones fertiles. Ces géantes stellaires font des ravages dans leur environnement en libérant des rayons ultraviolets brûlants et de puissants vents stellaires (flux de particules chargées). L'énergie de ces étoiles monstres « intimidantes » peut détruire les nuages de gaz et de poussière en formation d'étoiles et perturber les disques encerclant les étoiles où les planètes peuvent se former.
"Le Petit Nuage de Magellan pourrait être un laboratoire d'astrophysique local pour étudier les processus qui se sont produits à l'époque de la formation d'étoiles maximale, parce que ces premières galaxies contenaient beaucoup d'étoiles massives et manquaient d'éléments plus lourds, " a déclaré la chercheuse principale Margaret Meixner, du Space Telescope Science Institute et de l'Université Johns Hopkins, tous les deux à Baltimore, Maryland. "Les questions sont de savoir quel est le processus de formation d'étoiles dans les galaxies dépourvues d'éléments plus lourds et en quoi la formation d'étoiles y est-elle différente de la formation d'étoiles dans la Voie lactée, qui contient des éléments plus lourds ? Vous devez obtenir un recensement de toutes les étoiles en formation pour répondre à ces questions."
Un recensement des étoiles de plus petite masse
La Voie Lactée contient environ 25 % d'éléments plus lourds que le Petit Nuage de Magellan. De nombreuses études ont été menées sur la formation des étoiles dans la Voie lactée, riche en éléments plus lourds. Mais les étoiles de la Voie Lactée sont à proximité, tandis que les étoiles du Petit Nuage de Magellan sont trop éloignées pour toutes les étudier en détail. "Nous espérons vraiment étudier la région NGC 346 aux échelles que nous avons pu étudier la formation d'étoiles dans notre galaxie de la Voie lactée, " a ajouté Isha Nayak, membre de l'équipe de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland. "Il est difficile de résoudre les problèmes même dans les galaxies proches comme le Petit Nuage de Magellan de la même manière que nous pouvons le faire dans notre propre voisinage. Une question à laquelle nous voulons répondre est la suivante :toutes ces étoiles se développent-elles de la même manière ?"
Les jeunes étoiles encore incrustées dans le gaz et la poussière de la nébuleuse NGC 346 brillent de mille feux sur cette image du télescope spatial Hubble. La vision infrarouge de Webb découvrira des milliers d'autres étoiles en développement dans cette région de formation d'étoiles. Crédit :NASA, ESA, et A. Nota (STScI/ESA)
Les observations Webb poursuivront le travail commencé par les astronomes utilisant des télescopes tels que l'observatoire spatial Herschel et le télescope spatial Spitzer de la NASA. Les observations de Spitzer et Herschel ont fourni un recensement des étoiles massives se formant dans NGC 346, qui sont huit fois la masse de notre Soleil ou plus. Mais les instruments de la caméra proche infrarouge (NIRCam) et de l'imageur infrarouge moyen (MIRI) de Webb ont la netteté nécessaire pour capturer les étoiles plus petites, de huit masses solaires à moins d'une masse solaire. Les astronomes auront alors la distribution de masse complète des étoiles dans NGC 346. Le recensement Webb peut en découvrir jusqu'à 10, 000 jeunes, étoiles naissantes couvertes de poussière, beaucoup d'entre eux ont moins d'un million d'années.
Sondage poussiéreux, Disques formateurs de planètes
Certaines des étoiles naissantes de NGC 346 sont entourées de disques protoplanétaires, où les planètes peuvent se former. Les chercheurs utiliseront NIRCam et l'imageur MIRI pour détecter l'émission de poussière dans le proche infrarouge dans ces disques. "Nous serons en mesure de déterminer si ces disques sont similaires aux types de disques que nous voyons dans notre voisinage solaire local qui forment des systèmes planétaires, " Meixner a dit. " Et, nous espérons savoir si les systèmes planétaires peuvent se former dans des zones déficientes en éléments plus lourds ou dans des conditions de formation d'étoiles très extrêmes."
Il peut être plus difficile de créer des planètes dans des environnements largement dépourvus d'éléments plus lourds. "Quand vous avez un environnement déficient en éléments plus lourds, le rayonnement ultraviolet des étoiles de grande masse peut pénétrer beaucoup plus profondément dans un nuage de gaz moléculaire où les étoiles se forment, donc c'est dur pour les étoiles de faible masse, sans parler des planètes, se former dans un tel environnement, " a déclaré Nayak.
La poussière peut être une nuisance pour de nombreuses personnes, mais c'est important pour la formation des étoiles. Il aide à protéger le dense, froid, nuage gazeux dans lequel les étoiles se forment à cause du rayonnement brûlant et des vents stellaires violents qui pourraient déchirer le nuage. "La poussière joue un rôle important en fournissant un refuge sûr à une pépinière stellaire, " a expliqué Meixner.
Les spectrographes de Webb localiseront les plus denses, les régions les plus poussiéreuses où la formation d'étoiles se produit et sondera l'évolution des disques protoplanétaires. "La question est de quoi avez-vous besoin pour former des étoiles?" dit Meixner. "Peut-être trouverons-nous une relation entre la formation d'étoiles et son environnement."
Les observations décrites ici seront prises dans le cadre du programme d'observation à temps garanti (GTO) de Webb. Le programme GTO offre du temps dédié aux scientifiques qui ont travaillé avec la NASA pour concevoir les capacités scientifiques et instrumentales de Webb tout au long de son développement.
Le télescope spatial James Webb sera le premier observatoire mondial des sciences spatiales lors de son lancement en 2021. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regarder au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles, et sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un projet international mené par la NASA avec ses partenaires, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne.
