• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Astronomie
    Nébuleuses planétaires dans les galaxies lointaines

    La galaxie en anneau NGC 474 à une distance d'environ 110 millions d'années-lumière. La structure en anneau a été formée par des processus de fusion de galaxies en collision. Crédit :DES/DOE/Fermilab/NCSA &CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

    En utilisant les données de l'instrument MUSE, des chercheurs de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam (AIP) ont réussi à détecter des nébuleuses planétaires extrêmement faibles dans des galaxies lointaines. La méthode utilisée, un algorithme de filtrage en traitement de données d'images, ouvre de nouvelles possibilités pour la mesure de la distance cosmique et donc aussi pour la détermination de la constante de Hubble.

    Les nébuleuses planétaires sont connues au voisinage du soleil comme des objets colorés qui apparaissent à la fin de la vie d'une étoile au fur et à mesure qu'elle évolue du stade de géante rouge au stade de naine blanche :lorsque l'étoile a épuisé son combustible pour la fusion nucléaire, il souffle son enveloppe de gaz dans l'espace interstellaire, contrats, devient extrêmement chaud, et excite l'enveloppe de gaz en expansion à briller. Contrairement au spectre continu de l'étoile, les ions de certains éléments de cette enveloppe gazeuse, comme l'hydrogène, oxygène, hélium et néon, n'émettent de la lumière qu'à certaines longueurs d'onde. Des filtres optiques spéciaux réglés sur ces longueurs d'onde peuvent rendre les nébuleuses faibles visibles. L'objet le plus proche de ce genre dans notre Voie Lactée est la Nébuleuse de l'Hélice, à 650 années-lumière.

    Au fur et à mesure que la distance d'une nébuleuse planétaire augmente, le diamètre apparent dans une image rétrécit, et la luminosité apparente intégrée diminue avec le carré de la distance. Dans notre galaxie voisine, la galaxie d'Andromède, à une distance presque 4000 fois plus grande, la nébuleuse de l'Hélice ne serait visible que sous forme de point, et sa luminosité apparente serait près de 15 millions de fois plus faible. Avec de grands télescopes modernes et de longs temps d'exposition, de tels objets peuvent néanmoins être imagés et mesurés à l'aide de filtres optiques ou de spectroscopie d'imagerie. Martin Roth, premier auteur de la nouvelle étude et responsable du département innoFSPEC à l'AIP :« À l'aide de l'instrument PMAS développé à l'AIP, nous avons réussi à le faire pour la première fois avec la spectroscopie intégrale de champ pour une poignée de nébuleuses planétaires dans la galaxie d'Andromède de 2001 à 2002 sur le télescope de 3,5 m de l'observatoire de Calar Alto. Cependant, le champ de vision relativement petit du PMAS ne permettait pas encore d'étudier un plus grand échantillon d'objets."

    La nébuleuse planétaire NGC 7294 (« Helix Nebula »), un objet au voisinage du soleil. Crédit :NASA, NOAO, ESA, l'équipe Hubble Helix Nebula, M. Meixner (STScI), et T.A. Recteur (NRAO)

    Il a fallu 20 bonnes années pour développer davantage ces premières expériences en utilisant un instrument plus puissant avec un champ de vision plus de 50 fois plus grand sur un télescope beaucoup plus grand. MUSE au Very Large Telescope au Chili a été développé principalement pour la découverte d'objets extrêmement faibles au bord de l'univers actuellement observables pour nous - et a produit des résultats spectaculaires à cet effet depuis les premières observations. C'est précisément cette propriété qui entre également en jeu dans la détection de PN extrêmement faibles dans une galaxie lointaine.

    La galaxie NGC 474 est un exemple particulièrement fin d'une galaxie qui, par collision avec d'autres, galaxies plus petites, a formé une structure annulaire remarquable à partir des étoiles dispersées par les effets gravitationnels. Il se trouve à environ 110 millions d'années-lumière, qui est d'environ 170, 000 fois plus loin que la nébuleuse de l'Hélix. La luminosité apparente d'une nébuleuse planétaire dans cette galaxie est donc près de 30 milliards de fois inférieure à celle de la nébuleuse Helix et se situe dans la gamme des galaxies cosmologiquement intéressantes pour lesquelles l'équipe a conçu l'instrument MUSE.

    Données d'image MUSE dans les deux champs marqués dans l'image ci-dessus de la structure en anneau de NGC 474. À gauche :Image dans le continuum avec la bande d'étoiles non résolues ainsi que des amas globulaires marqués par des cercles. A droite :image filtrée dans la raie d'émission d'oxygène décalée vers le rouge, d'où émergent les nébuleuses planétaires comme sources ponctuelles du bruit. Les artefacts créés par les effets instrumentaux ont complètement disparu. Crédit :AIP/M. Roth

    Une équipe de chercheurs de l'AIP, avec des collègues des États-Unis, a développé une méthode d'utilisation de MUSE pour isoler et mesurer avec précision les signaux extrêmement faibles des nébuleuses planétaires dans les galaxies lointaines avec une sensibilité élevée. Un algorithme de filtrage particulièrement efficace dans le traitement des données d'image joue ici un rôle important. Pour la galaxie à anneau NGC 474, Les données d'archives de l'ESO étaient disponibles, basé sur deux expositions MUSE très profondes avec 5 heures d'observation chacune. Le résultat du traitement des données :après application de l'algorithme de filtrage, un total de 15 nébuleuses planétaires extrêmement faibles sont devenues visibles.

    Cette procédure très sensible ouvre une nouvelle méthode de mesure de distance qui est appropriée pour contribuer à la solution de l'écart actuellement discuté dans la détermination de la constante de Hubble. Les nébuleuses planétaires ont la propriété que, physiquement, une certaine luminosité maximale ne peut pas être dépassée. La fonction de distribution des luminosités d'un échantillon dans une galaxie, c'est-à-dire la fonction de luminosité des nébuleuses planétaires (PNLF), s'interrompt à l'extrémité brillante. Cette propriété est celle d'une bougie standard, qui peut être utilisé pour calculer une distance par des méthodes statistiques. La méthode PNLF a déjà été développée en 1989 par les membres de l'équipe George Jacoby (NSF NOIRLab) et Robin Ciardullo (Penn State University). Il a été appliqué avec succès à plus de 50 galaxies au cours des 30 dernières années, mais était limité par les mesures de filtre utilisées jusqu'à présent. Les galaxies avec des distances supérieures à celles des amas Virgo ou Fornax étaient au-delà de la plage. L'étude, maintenant publié dans le Journal d'astrophysique , montre que MUSE peut atteindre plus de deux fois la portée, permettant une mesure indépendante de la constante de Hubble.


    © Science https://fr.scienceaq.com