Les amas d'étoiles sont formés par la condensation de nuages ​​moléculaires, masses de froid, gaz dense que l'on trouve dans toutes les galaxies. Les propriétés physiques de ces nuages ​​dans notre propre galaxie et les galaxies voisines sont connues depuis longtemps. Mais sont-ils identiques dans les galaxies lointaines à plus de 8 milliards d'années-lumière ? Pour la première fois, une équipe internationale dirigée par l'Université de Genève (UNIGE) a pu détecter des nuages ​​moléculaires dans un ancêtre de la Voie lactée, grâce à la résolution spatiale sans précédent atteinte dans une galaxie aussi lointaine. Ces remarques, Publié dans Astronomie de la nature , montrer que les nuages ​​lointains ont une masse plus élevée, densité et de turbulence internes que les nuages ​​hébergés dans les galaxies voisines et qu'ils produisent beaucoup plus d'étoiles. Les astronomes attribuent ces différences aux conditions interstellaires ambiantes dans les galaxies lointaines, qui sont trop extrêmes pour que les nuages ​​moléculaires typiques des galaxies proches survivent.

Les nuages ​​moléculaires sont constitués de denses, de l'hydrogène moléculaire froid qui tourbillonne à des vitesses supersoniques, générant des fluctuations de densité qui se condensent et forment des étoiles. Dans les galaxies voisines, comme la Voie lactée, un nuage moléculaire produit entre 10+3 et 10+6 étoiles. Dans les galaxies lointaines, cependant, situé à plus de 8 milliards d'années-lumière, les astronomes ont observé de gigantesques amas d'étoiles contenant jusqu'à 100 fois plus d'étoiles. Pourquoi y a-t-il une telle différence ?

Observation exceptionnelle rendue possible à l'aide d'une loupe cosmique

Pour répondre à cette question, les astronomes ont pu utiliser un télescope naturel - le phénomène de lentille gravitationnelle - en combinaison avec ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array), un interféromètre composé de 50 antennes radio millimétriques qui reconstruisent instantanément l'image entière d'une galaxie. "Les lentilles gravitationnelles sont un télescope naturel qui produit un effet de loupe lorsqu'un objet massif est aligné entre l'observateur et l'objet distant, " explique Miroslava Dessauges, chercheur au Département d'Astronomie de la Faculté des Sciences de l'UNIGE et premier auteur de l'étude. "Avec cet effet, certaines parties de galaxies lointaines sont étirées dans le ciel et peuvent être étudiées à une résolution inégalée de 90 années-lumière !" ALMA, pendant ce temps, peut être utilisé pour mesurer le niveau de monoxyde de carbone, qui agit comme un traceur du gaz hydrogène moléculaire qui constitue les nuages ​​froids.

Cette résolution a permis de caractériser individuellement les nuages ​​moléculaires dans une galaxie lointaine, surnommé le « Serpent cosmique, " A 8 milliards d'années-lumière. " C'est la première fois que nous sommes capables de distinguer les nuages ​​moléculaires les uns des autres, " dit Daniel Schaerer, professeur au Département d'Astronomie de l'UNIGE. Les astronomes ont donc pu comparer la masse, Taille, densité et turbulence interne des nuages ​​moléculaires dans les galaxies proches et lointaines. "On pensait que les nuages ​​avaient les mêmes propriétés dans toutes les galaxies à tout moment, poursuit le chercheur genevois, mais nos observations ont démontré le contraire !"

Nuages ​​moléculaires résistants aux environnements extrêmes

Ces nouvelles observations ont révélé que les nuages ​​moléculaires des galaxies lointaines avaient une masse, densité et turbulence 10 à 100 fois plus élevées que celles des galaxies proches. "De telles valeurs n'avaient été mesurées que dans des nuages ​​hébergés dans des galaxies en interaction proches, qui ont des conditions de milieu interstellaire ressemblant à celles des galaxies lointaines, " ajoute Miroslava Dessauges. Les chercheurs ont pu lier les différences de propriétés physiques des nuages ​​avec les environnements galactiques, qui sont plus extrêmes et hostiles dans les galaxies lointaines que dans les galaxies plus proches. "Un nuage moléculaire généralement trouvé dans une galaxie proche s'effondrerait instantanément et serait détruit dans le milieu interstellaire des galaxies lointaines, par conséquent, sa densité et ses turbulences accrues garantissent sa survie et son équilibre, " explique Miroslava Dessauges. " La masse caractéristique des nuages ​​moléculaires dans le Serpent cosmique semble être en parfait accord avec les prédictions de notre scénario de fragmentation de disques galactiques turbulents. Par conséquent, ce scénario peut être avancé comme le mécanisme de formation de nuages ​​moléculaires massifs dans les galaxies lointaines, " ajoute Lucio Mayer, professeur au Centre de théorie physique et cosmologique de l'Université de Zurich.

L'équipe internationale a également découvert que l'efficacité de la formation d'étoiles dans la galaxie du Serpent cosmique est particulièrement élevée, probablement déclenchée par la turbulence interne hautement supersonique des nuages. "Dans les galaxies voisines, un nuage moléculaire forme environ 5 pour cent de sa masse en étoiles. Dans les galaxies lointaines, ce nombre grimpe à 30 pour cent, " observe Daniel Schaerer.

Les astronomes vont maintenant étudier d'autres galaxies lointaines afin de confirmer leurs résultats d'observation obtenus pour le Serpent cosmique. Miroslava Dessauges conclut :« Nous allons également pousser la résolution encore plus loin en profitant des performances uniques de l'interféromètre ALMA. En parallèle, nous devons comprendre plus en détail la capacité des nuages ​​​​moléculaires dans les galaxies lointaines à former des étoiles si efficacement."