La nébuleuse galactique RCW 49 illustrée ci-dessus est l'une des régions de formation d'étoiles les plus brillantes de la Voie lactée. En analysant le mouvement des atomes de carbone dans une bulle de gaz en expansion entourant l'amas d'étoiles Westerlund 2 au sein de RCW 49, une équipe de chercheurs dirigée par l'UMD a créé l'image la plus claire à ce jour d'une bulle entraînée par le vent stellaire où naissent les étoiles. Crédit :NASA/JPL-Caltec/E.Churchwell (Université du Wisconsin).
Des chercheurs de l'Université du Maryland ont créé la première image haute résolution d'une bulle en expansion de plasma chaud et de gaz ionisé où naissent les étoiles. Les images antérieures à basse résolution ne montraient pas clairement la bulle ou ne révélaient pas comment elle s'étendait dans le gaz environnant.
Les chercheurs ont utilisé les données recueillies par le télescope de l'Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge (SOFIA) pour analyser l'un des plus brillants, régions de formation d'étoiles les plus massives de la Voie lactée. Leur analyse a montré qu'un seul, Une bulle de gaz chaud en expansion entoure l'amas d'étoiles de Westerlund 2 et a réfuté des études antérieures suggérant qu'il pourrait y avoir deux bulles entourant Westerlund 2. Les chercheurs ont également identifié la source de la bulle et l'énergie à l'origine de son expansion. Leurs résultats ont été publiés dans Le Journal d'Astrophysique le 23 juin 2021.
"Quand des étoiles massives se forment, ils soufflent des éjections de protons beaucoup plus fortes, électrons et atomes de métaux lourds, par rapport à notre soleil, " dit Maitrayee Tiwari, un associé postdoctoral au département d'astronomie de l'UMD et auteur principal de l'étude. "Ces éjections sont appelées vents stellaires, et les vents stellaires extrêmes sont capables de souffler et de former des bulles dans les nuages de froid environnants, gaz dense. Nous avons observé une telle bulle centrée autour de l'amas d'étoiles le plus brillant de cette région de la galaxie, et nous avons pu mesurer son rayon, masse et la vitesse à laquelle elle s'étend."
Les surfaces de ces bulles en expansion sont constituées d'un gaz dense de carbone ionisé, et ils forment une sorte d'enveloppe extérieure autour des bulles. On pense que de nouvelles étoiles se forment à l'intérieur de ces coquilles. Mais comme la soupe dans un chaudron bouillant, les bulles entourant ces amas d'étoiles se chevauchent et s'entremêlent avec les nuages de gaz environnants, rendant difficile la distinction des surfaces des bulles individuelles.
Tiwari et ses collègues ont créé une image plus claire de la bulle entourant Westerlund 2 en mesurant le rayonnement émis par l'amas sur tout le spectre électromagnétique, des rayons X à haute énergie aux ondes radio à basse énergie. Études précédentes, dont seules les données de longueur d'onde radio et submillimétrique, avait produit des images à basse résolution et n'a pas montré la bulle. Parmi les mesures les plus importantes figurait une longueur d'onde dans l'infrarouge lointain émise par un ion spécifique de carbone dans la coquille.
Une équipe dirigée par des astronomes de l'UMD a créé la première image claire d'une bulle de gaz stellaire en expansion où naissent des étoiles à l'aide des données du télescope SOFIA de la NASA à bord d'un jet 747 fortement modifié, comme on le voit ici dans le rendu de cet artiste. Crédit :Rendu d'artiste par Marc Pound/UMD
"Nous pouvons utiliser la spectroscopie pour dire à quelle vitesse ce carbone se déplace vers nous ou s'éloigne de nous, " a déclaré Ramsey Karim (MS '19, astronomie), un doctorat étudiant en astronomie à l'UMD et co-auteur de l'étude. "Cette technique utilise l'effet Doppler, le même effet qui fait que le klaxon d'un train change de hauteur lorsqu'il vous dépasse. Dans notre cas, la couleur change légèrement en fonction de la vitesse des ions carbone."
En déterminant si les ions carbone se dirigeaient vers ou en s'éloignant de la Terre et en combinant ces informations avec des mesures du reste du spectre électromagnétique, Tiwari et Karim ont pu créer une vue en 3D de la bulle de vent stellaire en expansion entourant Westerlund 2.
En plus d'en trouver un seul, bulle stellaire entraînée par le vent autour de Westerlund 2, ils ont trouvé des preuves de la formation de nouvelles étoiles dans la région de la coquille de cette bulle. Leur analyse suggère également qu'à mesure que la bulle s'agrandit, il s'est ouvert d'un côté, libérant du plasma chaud et ralentissant l'expansion de la coquille il y a environ un million d'années. Mais alors, environ 200, 000 ou 300, il y a 000 ans, une autre étoile brillante dans Westerlund 2 a évolué, et son énergie a revigoré l'expansion de l'obus Westerlund 2.
"Nous avons vu que l'expansion de la bulle entourant Westerlund 2 a été réaccélérée par les vents d'une autre étoile très massive, et cela a recommencé le processus d'expansion et de formation d'étoiles, " dit Tiwari. " Cela suggère que les étoiles continueront à naître dans cette coquille pendant longtemps, mais au fur et à mesure que ce processus se poursuit, les nouvelles étoiles deviendront de moins en moins massives."
Tiwari et ses collègues vont maintenant appliquer leur méthode à d'autres amas d'étoiles brillantes et bulles de gaz chaud pour mieux comprendre ces régions de formation d'étoiles de la galaxie. Le travail fait partie d'un programme pluriannuel soutenu par la NASA appelé FEEDBACK.
