étoiles de grande masse, qui sont au moins huit fois la masse de notre Soleil, vivre dur et mourir jeune. Ils finissent souvent leur courte vie dans de violentes explosions appelées supernovas, mais leurs naissances sont beaucoup plus un mystère. Ils forment en très dense, nuages ​​froids de gaz et de poussière, mais on sait peu de choses sur ces régions. En 2021, peu après le lancement du télescope spatial James Webb de la NASA, les scientifiques prévoient d'étudier trois de ces nuages ​​pour comprendre leur structure.

"Ce que nous essayons de faire, c'est de regarder les lieux de naissance des étoiles massives, " a expliqué Erick Young, chercheur principal d'un programme qui utilisera Webb pour étudier ce phénomène. Il est astronome à l'Universities Space Research Association en Colombie, Maryland. « Déterminer la structure réelle des nuages ​​est très important pour essayer de comprendre le processus de formation des étoiles, " il a dit.

Ces nuages ​​froids, qui peuvent en avoir jusqu'à 100, 000 fois la masse du Soleil—sont si denses qu'elles paraissent grosses, taches sombres sur le ciel. Alors qu'ils semblent dépourvus d'étoiles, les nuages ​​ne font qu'obscurcir la lumière des étoiles d'arrière-plan. Ces taches sombres sont si épaisses de poussière qu'elles bloquent même certaines longueurs d'onde de la lumière infrarouge, un type de lumière qui est invisible à l'œil humain et qui peut généralement pénétrer à travers les nuages ​​​​poussiéreux. C'est pourquoi on les appelle "nuages ​​infrarouges-sombres". Cependant, la sensibilité sans précédent de Webb permet des observations d'étoiles de fond même à travers ces régions très denses.

Environnements de naissance et pâte à biscuits

Pour comprendre comment se forment les étoiles massives, vous devez comprendre l'environnement dans lequel ils se forment. Mais l'une des choses qui rend l'étude de la formation d'étoiles massives si difficile est que dès qu'une étoile s'allume, il émet une lumière ultraviolette intense et des vents forts et puissants.

"Ces forces détruisent l'environnement de naissance dans lequel l'étoile a été créée, " a expliqué Cara Battersby, experte en nuage noir et infrarouge, professeur adjoint de physique à l'Université du Connecticut. "L'environnement que vous observez après sa formation est totalement différent de l'environnement qui était propice à sa formation en premier lieu. Et puisque nous savons que les nuages ​​infrarouges sont des endroits où des étoiles massives peuvent se former, si nous regardons leur structure avant que les étoiles se soient formées ou aient juste commencé à se former, nous pouvons étudier quel environnement est nécessaire pour former ces étoiles massives."

Battersby compare le processus à la cuisson de biscuits :dès que vous les faites cuire, ils sont totalement différents de la pâte elle-même. Si vous n'avez jamais vu de pâte auparavant, vous n'avez peut-être pas une bonne idée de ce à quoi ressemblerait ce processus de cuisson. Les nuages ​​​​infrarouges sont comme la pâte crue avant de la cuire. Étudier ces nuages ​​revient à avoir la chance de regarder la pâte à biscuits, voir ce qu'il y a dedans, et apprendre quelle est sa consistance.

L'importance des étoiles massives

Comprendre les étoiles massives et leurs environnements est important pour diverses raisons. D'abord, dans leurs morts explosives, ils libèrent de nombreux éléments essentiels à la vie. Les éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, y compris les éléments constitutifs de la vie sur Terre, proviennent de l'intérieur des étoiles massives. Des étoiles massives ont transformé un univers presque entièrement composé d'hydrogène pour les riches, environnement complexe capable de produire des planètes et des hommes.

Les étoiles massives produisent également d'énormes quantités d'énergie. Dès leur naissance, ils dégagent de la lumière, rayonnement et vents pouvant créer des bulles dans le milieu interstellaire, provoquant éventuellement la formation d'étoiles à différents endroits. Ces bulles en expansion pourraient également briser une région où de nouvelles étoiles se forment. Finalement, quand une étoile massive meurt dans une explosion spectaculaire, il change à jamais son environnement.

Les cibles

L'étude se concentrera Webb sur les trois domaines suivants.

The Brick :L'un des nuages ​​infrarouges les plus sombres de notre galaxie, ce nuage grossièrement en forme de brique réside près du centre de la galaxie, environ 26, 000 années-lumière de la Terre. Plus de 100, 000 fois la masse du Soleil, la brique ne semble pas encore former d'étoiles massives. Mais il a tellement de masse dans une zone si petite que s'il forme des étoiles, comme les scientifiques le pensent, ce serait l'un des amas d'étoiles les plus massifs de notre galaxie, un peu comme les clusters Arches et Quintuplet, également au voisinage du centre de la galaxie.

Le Serpent :Avec un nom inspiré par sa forme serpentine, ce nuage extrêmement filamenteux est d'environ 12, 000 années-lumière avec une masse totale de 100, 000 Soleils. Éparpillés le long du Serpent sont chauds, nuages ​​de poussière denses, contenant chacun environ 1, 000 fois la masse du Soleil en gaz et en poussière. Ces nuages ​​sont chauffés par les jeunes, des étoiles massives se forment à l'intérieur d'eux. Le serpent peut être une section d'un filament beaucoup plus long qui est un « os de la voie lactée, " traçant la structure en spirale de la galaxie.

IRDC 18223 :Situé vers 11, à 000 années-lumière, ce nuage fait également partie d'un « os de la voie lactée ». Il montre actif, formation d'étoiles massives se produisant d'un côté, tandis que l'autre côté semble complètement calme et imperturbable. Une bulle du côté actif commence déjà à détruire le filament initial qui s'y trouvait auparavant. Alors que le côté quiescent n'a pas encore commencé à former des étoiles, il le sera probablement bientôt.

La technique

Pour étudier ces nuages, Young et son équipe utiliseront des étoiles de fond comme sondes. "Plus tu as d'étoiles, les lignes de vue les plus différentes, " dit Young. " Chacun est comme un petit rayon de crayon, et en mesurant la couleur de l'étoile, vous pouvez évaluer la quantité de poussière dans cette ligne de mire particulière."

Les scientifiques feront des cartes—essentiellement, images très profondes, dans quatre longueurs d'onde infrarouges différentes. Chaque longueur d'onde a une capacité différente à pénétrer le nuage. "Si vous regardez une étoile donnée et voyez qu'elle est en fait beaucoup plus rouge que vous ne le pensez, alors vous pouvez supposer que sa lumière a en fait traversé de la poussière, et la poussière a rendu la couleur plus rouge que typique, étoile non obscurcie, " dit Jeune.

En observant la différence de couleur basée sur ces quatre mesures différentes dans le proche infrarouge, et en comparant cela avec un modèle d'atténuation et de rougissement de la poussière, Young et son équipe peuvent mesurer la poussière dans cette ligne de mire particulière. Webb leur permettra de le faire pour des milliers et des milliers d'étoiles qui pénètrent dans chaque nuage, en leur donnant une multitude de points de données. Étant donné que la plupart des étoiles d'un type donné sont similaires en luminosité et en couleur, toutes les différences marquées que Webb peut observer sont principalement dues aux effets de matière entre nous et les étoiles.

Uniquement avec Webb

Ce travail ne peut être effectué qu'en raison de la sensibilité exquise de Webb et de son excellente résolution angulaire. La sensibilité de Webb permet aux scientifiques de voir des étoiles plus faibles et une densité plus élevée d'étoiles de fond. Sa résolution angulaire, la capacité de distinguer les petits détails d'un objet, permet aux astronomes de distinguer les étoiles individuelles.

Cette science est menée dans le cadre d'un programme Webb d'observations à temps garanti (GTO). Ce programme est conçu pour récompenser les scientifiques qui ont contribué au développement des composants matériels et logiciels clés ou des connaissances techniques et interdisciplinaires pour l'observatoire. Young faisait partie de l'équipe d'instruments d'origine qui a construit l'instrument NIRCam (Near Infrared Camera) de Webb.

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 programme international mené par la NASA avec ses partenaires, ESA (Agence spatiale européenne) et l'Agence spatiale canadienne.