Grâce à des observations détaillées, les astronomes ont réussi à obtenir un premier aperçu représentatif des nombreuses jeunes étoiles dans les régions centrales de notre galaxie d'origine. Les observations fournissent des preuves que la formation d'étoiles dans le centre galactique a commencé près du centre, puis s'est frayée un chemin vers l'extérieur. Cela confirme un mode de formation d'étoiles qui avait été trouvé auparavant au centre d'autres galaxies lointaines. Les résultats révèlent également que la plupart des étoiles de cette région ne se sont pas formées en amas massifs étroitement liés, mais en associations lâches dont les étoiles membres se sont séparées depuis longtemps. Les résultats ont été publiés dans Nature Astronomy .

En ce qui concerne les étoiles, la région centrale de notre galaxie d'origine, la Voie lactée, est considérablement plus peuplée que d'autres parties de notre galaxie. Les astronomes espèrent depuis longtemps que cela pourrait leur fournir un laboratoire pour étudier la formation rapide d'étoiles, un phénomène qui se produit dans de nombreuses autres galaxies, et en particulier au cours des premiers milliards d'années de l'histoire cosmique. Mais le surpeuplement rend les étoiles de la région centrale notoirement difficiles à observer.

Maintenant, une nouvelle analyse basée sur un relevé infrarouge à haute résolution, qui vient d'être publiée dans Nature Astronomy , fournit une première reconstruction représentative de l'histoire de la formation d'étoiles dans la région centrale galactique. Cela montre également que la plupart des jeunes étoiles du centre galactique ne se sont pas formées en amas massifs étroitement liés, mais en association stellaire lâche, qui s'est dispersée au cours des derniers millions d'années.

Galaxies productives et improductives

Notre Voie lactée n'est pas une galaxie très productive. Prises ensemble, les nouvelles étoiles que notre galaxie d'origine forme en un an ne représentent pas plus de quelques masses solaires. Les galaxies dites « star burst » sont beaucoup plus efficaces :lors de brefs épisodes qui durent quelques millions d'années, elles produisent des dizaines voire des centaines de masses solaires valant des étoiles par an ! Plus généralement, il y a 10 milliards d'années, ce type de taux de formation élevé, avec des dizaines de masses solaires produites chaque année, semble avoir été la norme parmi les galaxies.

Les astronomes utilisent régulièrement la Voie lactée pour en savoir plus sur les propriétés des galaxies en général. Après tout, la Voie lactée est la seule galaxie où nous avons une vue latérale de l'anneau et où nous pouvons étudier de près et en détail les processus et les propriétés. Étant donné la faible efficacité de formation d'étoiles de la Voie lactée, vous pourriez penser que la formation d'étoiles à haute productivité est un domaine où cette recette - étudiez localement ce qui se passe également dans les galaxies lointaines - ne fonctionne pas. Mais vous auriez tort :dans les régions centrales de la Voie lactée, correspondant aux quelque 1300 années-lumière centrales autour du trou noir central de notre galaxie, les taux de formation d'étoiles au cours des 100 derniers millions d'années ont été dix fois plus élevés que la moyenne. Le noyau de notre galaxie est aussi productif qu'une galaxie à explosion d'étoiles ou que les galaxies hyper-productives d'il y a 10 milliards d'années.

Les défis de l'observation des régions centrales galactiques

Mais si nous voulons en savoir plus sur la formation d'étoiles à haute productivité dans les régions centrales de notre galaxie, il y a un défi :ces régions sont notoirement difficiles à observer. Pour commencer, vus de la Terre, ils sont cachés derrière d'abondantes quantités de poussière. Mais ce problème est facilement résolu :utilisez des observations infrarouges, millimétriques ou radio. À ces longueurs d'onde, la lumière traversera la poussière, nous permettant de voir le centre galactique. C'est ainsi que les groupes d'Andrea Ghez et de Reinhard Genzel ont effectué leurs observations d'étoiles en orbite autour du trou noir central de notre galaxie (proche infrarouge), et comment la collaboration Event Horizon a produit la première image de l'ombre du trou central de notre galaxie. trou noir (ondes millimétriques à 1,3 mm).

Avec ce premier problème résolu vient le suivant :le centre galactique est tellement encombré d'étoiles qu'il est difficile de distinguer une étoile de la suivante. L'exception sont certaines étoiles géantes très brillantes, qui sont particulièrement lumineuses, se démarquent de la foule et peuvent donc être séparées du reste relativement facilement. Ce problème a vexé les astronomes qui tentent de donner un sens à la formation d'étoiles à haute productivité au centre galactique depuis des années. Qu'il y ait eu une telle formation d'étoiles au cours des 1 à 10 derniers millions d'années n'est pas en cause - la présence d'hydrogène gazeux divisé en ses composants (ionisé) par la lumière ultraviolette des jeunes étoiles chaudes et la présence de rayons X caractéristiques de certains sortes de jeunes étoiles très massives, en atteste.

Mais avec le problème d'encombrement, la question "... alors où sont les jeunes stars qui en résultent ?" a été difficile de répondre. Avant la nouvelle analyse décrite ici, les astronomes n'avaient trouvé qu'environ 10 % de la masse stellaire totale attendue au centre galactique, dans deux amas d'étoiles massifs et sous la forme de quelques jeunes étoiles isolées. Alors, où étaient toutes les autres étoiles, et quelles étaient leurs propriétés ?

Un recensement exceptionnel à partir d'une enquête détaillée

C'est la question que se sont posée les auteurs de l'article récemment publié. Francisco Nogueras-Lara, chercheur indépendant Humboldt dans le groupe Lise Meitner de Nadine Neumayer à l'Institut Max Planck d'astronomie, et leur collègue Rainer Schödel à l'Instituto de Astrofísica de Andalucía à Grenade, en Espagne, étaient dans une position unique pour aller sur la recherche des jeunes étoiles manquantes dans le centre galactique :Schödel est le chercheur principal (PI) de GALACTICNUCLEUS :une enquête qui a utilisé la caméra infrarouge HAWK-I du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral pour prendre près de 150 images (dans les bandes infrarouges J, H et Ks) de la région centrale de la Voie lactée, couvrant une superficie totale de 64 000 années-lumière carrées autour du centre galactique.

Nogueras-Lara a pris la tête des recherches. Afin d'identifier des étoiles individuelles dans une région surpeuplée, ce qui est nécessaire est la résolution, c'est-à-dire la capacité de distinguer de petits détails dans le ciel. Le VLT est composé de télescopes avec des miroirs de 8 mètres. Avec une méthode connue sous le nom d'imagerie holographique - combinant plusieurs images à courte exposition de manière appropriée pour atténuer les effets de flou de l'atmosphère terrestre - l'enquête a réussi à cartographier sa région cible avec beaucoup plus de détails que jamais auparavant (avec une résolution de 0,2 secondes d'arc ). Là où auparavant, seules quelques étoiles avaient été cartographiées, GALACTICNUCLEUS a fourni des données individuelles pour 3 millions.

Cartographier 3 millions d'étoiles individuelles au centre galactique

Lorsque les chercheurs ont regardé les images (en fausses couleurs) de l'enquête GALACTICNUCLEUS, ils ont immédiatement vu que la région du centre galactique connue sous le nom de Sagittarius B1 était différente. Il contient considérablement plus d'étoiles jeunes, qui ionisent le gaz environnant, que d'autres régions - un effet qui n'a pas été une surprise :des observations antérieures, en particulier de la lumière caractéristique de l'hydrogène gazeux ionisé par des étoiles chaudes, l'avaient indiqué. Grâce aux observations hautement résolues de GALACTICNUCLEUS, Nogueras-Lara et ses collègues ont pu, pour la première fois, étudier en détail les étoiles de la région.

Même avec leur étude à haute résolution, les astronomes ne pouvaient étudier les étoiles géantes qu'individuellement (et non les étoiles dites de la séquence principale comme notre Soleil), mais les données des 3 millions d'étoiles qu'ils pouvaient étudier séparément contenaient déjà une mine d'informations. En particulier, les astronomes ont pu déduire la luminosité de chaque étoile, compensant l'assombrissement dû à la poussière entre nous et une étoile particulière. Toutes les étoiles du Sagittaire B1 sont à peu près à la même distance de la Terre, et la distance de la Terre au centre galactique est connue; Grâce à ces informations, les astronomes ont pu reconstruire la luminosité de chaque étoile, la luminosité intrinsèque, correspondant à la quantité de lumière qu'une étoile émet par unité de temps.

Reconstruire l'histoire de la formation des étoiles au centre galactique

La distribution statistique de la luminosité stellaire de ces étoiles était particulièrement intéressante - combien d'étoiles il y avait dans chaque "tranche de luminosité". Pour les étoiles qui se forment en même temps, cette distribution de luminosité change dans le temps de manière régulière et prévisible. À son tour, étant donné une telle distribution, il est possible de déduire au moins un historique approximatif de la formation des étoiles :combien d'étoiles se sont formées il y a plus de 7 milliards d'années ? Combien dans la tranche intermédiaire entre environ 2 et environ 7 milliards d'années ? Combien de plus récemment ? La distribution de luminosité fournit au moins une réponse statistique :l'historique de formation d'étoiles le plus probable.

Lorsque Nogueras-Lara, Neumayer et Schödel ont analysé leur distribution de luminosité, ils ont constaté qu'il y avait effectivement eu plusieurs phases de formation d'étoiles dans le Sagittaire B1 :une population plus âgée qui s'est formée il y a entre 2 et 7 milliards d'années, et une grande population d'étoiles beaucoup plus jeunes. , âgé d'à peine 10 millions d'années ou même plus jeune que cela. Nogueras-Lara déclare :"Notre étude représente un grand pas en avant dans la découverte des jeunes étoiles au centre galactique. Les jeunes étoiles que nous avons trouvées ont une masse totale de plus de 400 000 masses solaires. C'est près de dix fois plus que la masse combinée de les deux amas d'étoiles massifs qui étaient auparavant connus dans la région centrale."

Construire des stars dans la région du centre, à l'envers

Fait intéressant, les étoiles que les chercheurs ont trouvées dans Sagittarius B1 sont dispersées et ne font pas partie d'un amas massif. Cela suggère qu'ils sont nés dans une ou plusieurs associations stellaires plus lâches, moins étroitement liées par la gravité mutuelle des étoiles, qui se sont ensuite rapidement dissoutes alors qu'elles orbitent autour du centre galactique à des échelles de plusieurs millions d'années, laissant derrière elles de nombreuses étoiles séparées. Et bien que ce résultat se réfère au Sagittaire B1 pour commencer, il pourrait aussi expliquer de manière beaucoup plus générale pourquoi les jeunes étoiles du centre galactique ne peuvent être trouvées que par des études à haute résolution comme le présent travail :elles sont nées dans des associations lâches qui ont depuis dispersés dans des étoiles séparées.

La présence de la population d'étoiles plus âgée dans le Sagittaire B1 est également intéressante. Dans les régions les plus internes du centre galactique, il y a des étoiles de plus de 7 milliards d'années, mais pratiquement aucune étoile dans la tranche d'âge intermédiaire de 2 à 7 milliards d'années. Cela pourrait indiquer que la formation d'étoiles dans la région centrale a commencé dans la région la plus intérieure, puis s'est propagée aux régions extérieures, ce qui donne une tendance générale pour la chronologie de la formation d'étoiles dans ces régions. Pour d'autres galaxies, ce mécanisme à l'envers pour construire le soi-disant disque nucléaire - un disque à petite échelle composé d'étoiles entourant le centre galactique - avait déjà été observé. Les nouveaux résultats indiquent que la même chose se produit dans la région centrale de notre galaxie d'origine.

Étapes suivantes

Aussi convaincantes que soient déjà les preuves des images infrarouges, à la fois pour la reconstruction de l'histoire de la formation des étoiles et pour la tendance générale à l'envers de la formation des étoiles, les astronomes sont impatients de mettre leurs déductions sur une base encore plus solide. À cette fin, Nogueras-Lara et ses collègues prévoient de poursuivre leurs observations avec l'instrument KMOS du VLT, un spectrographe de haute précision. Dans la présente étude, les déductions ont été faites sur la base de la distribution globale de la luminosité. Des observations spectrales permettraient aux astronomes d'identifier directement certaines des très jeunes étoiles, dès l'apparition de leurs spectres. Ce serait une contre-vérification importante sur les résultats maintenant publiés.

De plus, les astronomes suivront les mouvements des étoiles nouvellement découvertes dans le ciel ("proper motion"). Près du centre galactique, les étoiles se déplacent relativement vite. C'est pourquoi, même si ces étoiles se trouvent à une distance d'environ 26 000 années-lumière de la Terre, des observations approfondies sur quelques années permettront de mesurer leurs changements de position. Les étoiles qui se sont formées dans une seule et même association stellaire se dispersent au fil du temps, leur mouvement est encore susceptible d'être très similaire - donc le suivi du mouvement propre permettrait de déduire si les étoiles du Sagittaire B1 sont effectivement nées dans une ou plusieurs associations lâches. /P>

En conclusion, Nadine Neumayer déclare :"Les deux types de mesures serviront à confirmer, espérons-le, mais à affiner définitivement, les résultats des travaux maintenant publiés. En même temps, nous et nos collègues commencerons à explorer ce que les nouvelles connaissances sur la formation des étoiles au centre galactique peut nous renseigner sur la formation d'étoiles à haute productivité dans d'autres galaxies." + Explorer plus loin

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