Les amas d'étoiles abritent-ils plusieurs générations d'étoiles ou une seule ? Les scientifiques ont longtemps cherché une réponse et, grâce au télescope MMT de l'Université d'Arizona, trouvé un dans le groupe de canards sauvages, où les étoiles tournent à des vitesses différentes, déguisant leur âge commun.

Dans le cadre d'un partenariat entre l'UA et l'Institut coréen d'astronomie et des sciences spatiales, une équipe d'astronomes coréens et belges a utilisé des instruments UA pour résoudre un casse-tête sur des groupes d'étoiles appelés amas ouverts.

Les astronomes ont longtemps cru que de nombreux amas ouverts se composent d'une seule génération d'étoiles, car une fois les étoiles formées, leur rayonnement balaie les matériaux à proximité nécessaires à la fabrication de nouvelles étoiles. Mais dans le Wild Duck Cluster – connu par les scientifiques sous le nom de Messier 11, ou M11 – les étoiles de même luminosité apparaissent dans des couleurs différentes, suggérant qu'ils sont d'âges différents. À moins que les scientifiques n'aient manqué d'importants indices sur l'évolution stellaire, il devait y avoir une autre explication à la dispersion des couleurs dans cette accumulation d'environ 2, 900 étoiles.

« Les astronomes travaillent sur cette question depuis des décennies, " a déclaré Serena Kim, un astronome associé à l'observatoire Steward de l'UA. "Les grappes se forment-elles en une génération ou en plusieurs générations? Notre étude a répondu à cette question pour la grappe de canards sauvages."

Beomdu Lim de l'Université Kyung Hee a dirigé une équipe internationale d'astronomes qui ont utilisé le télescope MMT - exploité conjointement par l'UA et le Smithsonian Astrophysical Observatory - pour étudier l'amas. L'équipe a découvert que ce n'est pas l'âge des étoiles qui les fait apparaître dans une palette de couleurs :c'est leur rotation.

Les amas ouverts contiennent des milliers d'étoiles que les astronomes supposent formées à partir des mêmes nuages ​​géants de gaz. Ces étoiles sont de toutes tailles, de courte durée, des étoiles bleues géantes des dizaines de fois plus massives que notre soleil, aux nains de faible masse à vie longue qui brûleront pendant 10 milliards d'années ou plus. La luminosité et la couleur de chaque étoile changent à mesure qu'elle vieillit, permettant aux scientifiques de déterminer son âge.

"Alors qu'une star vieillit de plus en plus, il s'éclaircit et devient plus rouge, " dit Lim.

Les astronomes tracent la luminosité et la couleur des jeunes étoiles sur une ligne diagonale - de brillant, bleu et massif en haut de gamme, jusqu'à s'évanouir, rouge et moins massive en bas – appelée séquence principale.

Le point de retournement - le point auquel une étoile vieillit et s'éloigne de la séquence principale - est utilisé pour déterminer l'âge des amas en fonction de l'espérance de vie connue de chaque étoile. Si les étoiles quittent la séquence principale au même endroit, comme les voitures sur une autoroute prenant la même sortie, alors les étoiles de l'amas ont toutes le même âge.

Dans la grappe de canards sauvages, cependant, les étoiles s'écartent de la diagonale en différents points, comme des voitures prenant des sorties différentes le long d'une autoroute.

"Cela ne semble pas intuitif, puisque les étoiles d'un amas ouvert comme M11 appartiennent à la même génération, ", a déclaré Kim.

Lim et son équipe ont entrepris de découvrir quelles propriétés stellaires pourraient potentiellement expliquer ce modèle.

Ils ont tourné le télescope MMT vers l'amas pour examiner le spectre de couleurs des étoiles à l'aide d'une Hectochelle. L'instrument agit comme un prisme et diffuse la lumière des étoiles dans ses composants, que les astronomes appellent un spectre. Les spectres sont comme des codes-barres, avec chaque ligne identifiant un produit chimique différent dans le maquillage de la star.

Hectochelle peut capturer des spectres détaillés de plusieurs étoiles à la fois, ce qui en fait un instrument idéal pour observer des grappes comme le Canard Sauvage, qui se composent de milliers d'étoiles.

Comme une étoile tourne, un côté se dirige vers la Terre et l'autre s'éloigne. La moitié de l'étoile tournant vers la Terre émet de la lumière avec des longueurs d'onde qui semblent écrasées, rendant la lumière plus bleue qu'elle ne le serait si l'étoile ne bougeait pas. La moitié de l'étoile s'éloignant de la Terre fait que les longueurs d'onde semblent étirées, rendant sa lumière plus rouge. Cet écrasement et cet étirement provoquent la propagation des raies spectrales sur une gamme de longueurs d'onde, plutôt que de s'en tenir à un seul.

Les étoiles de l'amas de canards sauvages, il s'avère, sont répartis dans le spectre des couleurs non pas à cause d'âges différents, mais en raison de périodes de rotation différentes.

"Les effets de la rotation sur l'évolution stellaire ont souvent été négligés dans le passé, " a déclaré Yaël Nazé, astronome à l'Université de Liège en Belgique et co-auteur de l'article.

Les spectres ont également révélé que les étoiles tournaient à des vitesses différentes. Lim et son équipe ont effectué des simulations informatiques pour savoir à quelle vitesse chaque étoile tourne.

"Une étoile en rotation rapide peut rester dans l'étape de séquence principale plus longtemps qu'une étoile en rotation lente, " a déclaré Lim. " Une large gamme de vitesses d'étoiles entraîne des différences de durée de vie parmi les étoiles. "

La vitesse de rotation est comme une fontaine de jouvence pour une étoile :plus elle tourne vite, mieux il mélange l'hydrogène - le carburant de l'étoile - dans son noyau. Plus le cœur reçoit d'hydrogène, plus l'étoile vit longtemps, le faisant apparaître plus rouge que les frères et sœurs plus jeunes.

Les étoiles de l'amas apparaissent dans des couleurs différentes parce que le nuage dans lequel elles sont nées les a mises en mouvement, ce qui prolongerait la durée de vie de certaines d'entre elles.

Bien qu'il ne fasse pas partie de l'étude Wild Duck Cluster, Kim a travaillé avec Lim dans le passé pour étudier d'autres amas d'étoiles et découvrir les mystères de la formation des étoiles. Leurs collaborations font partie d'un partenariat croissant entre l'UA et l'Institut coréen d'astronomie et des sciences spatiales.