Une équipe internationale d'astronomes a révélé une surabondance « étonnante » d'étoiles massives dans une galaxie voisine.

La découverte, réalisé dans la gigantesque région de formation d'étoiles 30 Doradus dans la galaxie du Grand Nuage de Magellan, a des conséquences « de grande portée » pour notre compréhension de la façon dont les étoiles ont transformé l'univers vierge en celui dans lequel nous vivons aujourd'hui.

Les résultats sont publiés dans la revue Science .

Auteur principal Fabian Schneider, un chercheur Hintze au département de physique de l'Université d'Oxford, a déclaré:"Nous avons été étonnés lorsque nous avons réalisé que 30 Doradus ont formé beaucoup plus d'étoiles massives que prévu."

Dans le cadre du VLT-FLAMES Tarentula Survey (VFTS), l'équipe a utilisé le Very Large Telescope de l'ESO pour observer près de 1, 000 étoiles massives dans 30 Doradus, une gigantesque pépinière stellaire également connue sous le nom de nébuleuse de la tarentule. L'équipe a utilisé des analyses détaillées d'environ 250 étoiles avec des masses comprises entre 15 et 200 fois la masse de notre Soleil pour déterminer la distribution des étoiles massives nées dans 30 Doradus - la fonction de masse initiale (FMI).

Les étoiles massives sont particulièrement importantes pour les astronomes en raison de leur énorme influence sur leur environnement (connue sous le nom de « rétroaction »). Ils peuvent exploser en supernovae spectaculaires en fin de vie, formant certains des objets les plus exotiques de l'Univers - les étoiles à neutrons et les trous noirs.

Le co-auteur Hugues Sana de l'Université de Louvain en Belgique a déclaré:"Nous n'avons pas seulement été surpris par le nombre d'étoiles massives, mais aussi que leur FMI est densément échantillonné jusqu'à 200 masses solaires.' Jusque récemment, l'existence d'étoiles jusqu'à 200 masses solaires était fortement contestée, et l'étude montre qu'une masse de naissance maximale d'étoiles de 200 à 300 masses solaires semble probable.

Dans la plupart des régions de l'Univers étudiées par les astronomes à ce jour, les étoiles se raréfient d'autant plus qu'elles sont massives. Le FMI prédit que la plupart des masses stellaires se trouvent dans les étoiles de faible masse et que moins de 1% de toutes les étoiles naissent avec des masses supérieures à dix fois celles du Soleil. Mesurer la proportion d'étoiles massives est extrêmement difficile - principalement à cause de leur rareté - et il n'y a qu'une poignée d'endroits dans l'Univers local où cela peut être fait.

L'équipe s'est tournée vers 30 Doradus, la plus grande région de formation d'étoiles locale, qui abrite certaines des étoiles les plus massives jamais trouvées, et déterminé les masses d'étoiles massives avec une observation unique, outils théoriques et statistiques. Ce grand échantillon a permis aux scientifiques de dériver le segment de masse élevée le plus précis du FMI à ce jour, et montrer que les étoiles massives sont beaucoup plus abondantes qu'on ne le pensait auparavant. Chris Evans du Science and Technology Facilities Council's UK Astronomy Technology Centre, l'investigateur principal de VFTS et co-auteur de l'étude, dit :« En fait, nos résultats suggèrent que la majeure partie de la masse stellaire n'est en fait plus dans les étoiles de faible masse, mais une fraction significative se trouve dans les étoiles de grande masse.'

Les étoiles sont des moteurs cosmiques et ont produit la plupart des éléments chimiques plus lourds que l'hélium, de l'oxygène que nous respirons chaque jour au fer dans notre sang. Au cours de leur vie, les étoiles massives produisent de grandes quantités de rayonnement ionisant et d'énergie cinétique à travers de forts vents stellaires. Le rayonnement ionisant des étoiles massives était crucial pour le re-éclaircissement de l'Univers après le soi-disant âge des ténèbres, et leur rétroaction mécanique entraîne l'évolution des galaxies. Philipp Podsiadlowski, co-auteur de l'étude de l'Université d'Oxford, a déclaré : « Pour comprendre quantitativement tous ces mécanismes de rétroaction, et donc le rôle des étoiles massives dans l'Univers, nous devons savoir combien de ces mastodontes sont nés.

Fabian Schneider a ajouté :« Nos résultats ont des conséquences de grande envergure pour la compréhension de notre cosmos :il pourrait y avoir 70 % de supernovae en plus, un triplement des rendements chimiques et vers quatre fois le rayonnement ionisant des populations d'étoiles massives. Aussi, le taux de formation de trous noirs pourrait être augmenté de 180%, se traduisant directement par une augmentation correspondante des fusions de trous noirs binaires qui ont été récemment détectées via leurs signaux d'ondes gravitationnelles.'

Les recherches de l'équipe laissent de nombreuses questions ouvertes, qu'ils ont l'intention d'étudier à l'avenir :dans quelle mesure les résultats sont-ils universels, et quelles en sont les conséquences pour l'évolution de notre cosmos et l'apparition de supernovae et d'événements d'ondes gravitationnelles ?