02/12/2016

Observation d’un vaste réservoir de gaz moléculaire froid au voisinage d’une galaxie massive dans l’Univers jeune



La présence de galaxies massives seulement quelques milliards d’années après la singularité initiale pose de nombreuses questions aux astrophysiciens, parmi lesquelles : comment ont-elles pu agglomérer suffisamment de gaz moléculaire froid pour former aussi rapidement quantité d’étoiles et grossir aussi vite ? Une étude parue cette semaine dans Science fournit un début de réponse à cette question cruciale.

Bjorn Emonts (Instituto Nacional de Técnica Aerospacial à Madrid) et ses collaborateurs internationaux, dont des chercheurs français, rapportent des observations qu’ils  ont effectuées sur une galaxie massive emblématique de l’Univers jeune, la galaxie « de la toile d’araignée » (MRC 1138-262), une grosse galaxie située 3 milliards d’années après le Big Bang. Les astrophysiciens y mettent en évidence la présence d’un très vaste réservoir de gaz moléculaire à son voisinage, du gaz comportant de grandes quantités de monoxyde de carbone, ce qui signifie qu’il s’agit de matière provenant d’étoiles précédentes, du gaz recyclé. Et ce réservoir alimente la formation de nouvelles étoiles dans la galaxie Spiderweb. 
La Galaxie Spiderweb n’est pas n’importe quelle galaxie, c’est la galaxie la plus massive que l’on connaisse à cette époque cosmologique, dans les trois premiers milliards d’années. Elle se trouve en pleine période de production d’étoiles. Elle doit son nom amusant à sa morphologie particulière : la galaxie de la toile d’araignée se situe au centre d’une zone de près de 350 années-lumière d’émission UV diffuse ressemblant à une toile dans laquelle seraient prises au piège quelques dizaine de petits insectes, sous la forme de petites galaxies. 
Rappelons que l’évolution des galaxies est caractérisé, d’après les modèles dominants, par une première phase de production intense d’étoiles à partir de condensation de gaz, qui aurait lieu durant quelques milliards d’années, puis ce grossissement se calmerait fortement pour laisser la place à une période de fusions successives entre galaxies, menant finalement aux galaxies géantes que nous connaissons dans l’Univers actuel. Mais cette image d’évolution est toujours débattue aujourd’hui, notamment à l’aune des observations étonnantes de ces galaxies déjà très massives dans l’Univers jeune.
Le problème réside dans le fait que pour soutenir une formation intense d’étoiles, de l’ordre de 100 par an, la galaxie en question doit disposer d’un réservoir constant de gaz froid. Or les meilleures simulations ne parviennent pas produire ce type de source de gaz. Le gaz froid primordial ne peut pas jouer ce rôle, simplement car en s’écoulant entre les galaxies pour « tomber » vers la galaxie massive, ce gaz froid s’échauffe par friction, et ce jusque plusieurs millions de degrés, en formant un halo de gaz chaud. Pour se condenser en étoiles, le gaz doit être froid, et le gaz chaud, lui, peut prendre plusieurs milliards d’années pour se refroidir…


L’équipe de Emonts a utilisé deux types d’observations radio interférométriques, à différentes résolutions, tout d’abord  avec le Australia Telescope Compact Array (90 heures d’observations en basse résolution) et puis avec  le Karl Jansky Very Large Array (8 heures d’observations à haute résolution). Les astrophysiciens ont imagé la région de la galaxie Spiderweb dans une longueur d’onde particulière de la molécule de CO sur environ 250 années-lumière autour de la galaxie massive. La cartographie du monoxyde de carbone montre que seulement un tiers du gaz détecté se trouve dans la galaxie centrale. Les deux tiers restants constituent un vaste réservoir situé entre les galaxies du groupe qui s’étend sur plus de 200 années-lumière. Des étoiles semblent par ailleurs se condenser à partir de ce vaste réservoir au taux de plusieurs centaines par an avant de tomber dans les couches externes de la galaxie.
Comme du monoxyde de carbone (molécule composée d’un atome de carbone et d’un atome d’oxygène) est présent dans ce gaz froid, ce dernier est forcément, au moins en partie, issu d’un recyclage de matière provenant d’étoiles d’une génération précédente. Or il se trouve que le gaz expulsé des étoiles est initialement très chaud et ionisé, et rejoint le halo galactique de gaz chaud. Mais les chercheurs expliquent que  la vitesse de refroidissement du gaz est beaucoup plus rapide lorsque des éléments « lourds » y sont présents (plus lourds que l’hydrogène). Le gaz recyclé peut alors permettre que de la matière froide précipite aux pourtours d’un halo de gaz chaud et fournisse un réservoir important pour la production d’étoiles. 
Même si cette observation d’un vaste nuage de gaz moléculaire froid recyclé aide à résoudre le problème de la croissance trop rapide des galaxies massives, elle soulève néanmoins d’autres questions : comment cette quantité de gaz recyclé s’est-elle retrouvée là ? Par quel mécanisme ? Et la galaxie Spiderweb est-elle un cas très particulier ou bien le phénomène observé est-il commun ?
Pour en savoir plus et pour répondre à ces nouvelles questions, les astronomes vont devoir trouver d’autres cas semblables à cette galaxie laboratoire.

Source :

Molecular gas in the halo fuels the growth of a massive cluster galaxy at high redshift
B. H. C. Emonts et al. 
Science  Vol. 354, Issue 6316 (02 Dec 2016)


Illustrations :

1) La Galaxie de la Toile d'araignée imagée en visible par le télescope spatial Hubble (le gaz moléculaire froid est invisible ici).

2) Le réseau interférométrique de radiotélescopes australien ATCA utilisé dans cette étude  (CSIRO)

30/11/2016

Une supernova de faible masse à l'origine de notre système solaire ?


Notre système solaire s'est formé il y a 4,567 milliards d'années lorsqu'un événement à perturbé le nuage de gaz et de poussières qui se trouvait là, produisant son effondrement gravitationnel. Une théorie propose depuis une quarantaine d'années que cet événement soit l'explosion d'une supernova, mais sans en avoir beaucoup de preuves. Aujourd'hui, une équipe d'astrophysiciens apporte une piste observationnelle sous la forme de résidus d'éléments radioactifs qui permettent de remonter à la nature de cette supernova initiale.




29/11/2016

La Lune aurait été composée d'eau dès sa formation


Une étude révèle que la Lune a dû comporter de très grandes quantités d'eau au moment de sa formation, ce qui relance le débat sur l'origine de l'eau terrestre. Elle indique également que la Lune devrait posséder encore aujourd'hui de grands réservoirs d'eau.




27/11/2016

Voyage au coeur d'un trou noir, par Alain Riazuelo

Pour accompagner la sortie du premier livre de Alain Riazuelo "Les trous noirs, à la poursuite de l'invisible" (éditions Vuibert), le documentaire génial qu'il avait fait en 2008 avec le magazine Science et Avenir est remis en ligne gratuitement. On y découvrait, grâce à des simulations numériques exceptionnelles, les effets visuels déroutants induits par les effets relativistes sur la lumière au voisinage d'un trou noir, qu'ils soient dus à la vitesse de déplacement ou au champ gravitationnel. Cette vidéo offre un complément naturel et très pertinent à son livre dont je vous recommande la lecture, accessible au grand public.

Découvrez ou regardez à nouveau "Voyage au cœur d'un trou noir", vous en reviendrez conquis et émerveillés.

25/11/2016

Energie Noire et Modèles d'Univers, cours du Collège de France 2016-2017

Le cours de la chaire Galaxies et Cosmologie du Collège de France de Françoise Combes entame sa troisième saison lundi prochain. Après les galaxies spirales et la matière noire en 2014-2015 puis les trous noirs supermassifs en 2015-2016, la session de cette année sera consacrée à l'énergie noire et les modèles d'Univers. 
Le premier cours aura lieu lundi 28 novembre et a pour titre "Accélération de l'expansion et Énergie noire".
Si vous êtes à Paris, il vous suffit de vous rendre au Collège de France, aucune inscription préalable n'est requise, les cours sont en accès libre et gratuits. Ce premier cours de cette année aura lieu de 17h à 18h à l'Amphithéâtre Marguerite de Navarre - Marcelin Berthelot
Si vous êtes loin de  Paris comme moi, rassurez-vous, les cours et séminaires sont filmés et mis en ligne sur le site du Collège de France ici :https://www.college-de-france.fr/site/francoise-combes/course-2016-2017.htm

Et pour vous mettre l'eau à la bouche, voici le petit trailer de cette nouvelle saison : 

24/11/2016

Forage dans le cratère géant de Chicxulub lié à l'extinction massive du Crétacé


Le cratère de Chicxulub, dans la péninsule mexicaine du Yucatan, est connu pour être le résidu très probable du grand impact à l’origine de l’extinction massive qui a mis fin au règne des dinosaures il y a 66 millions d’années et a permis l’essor des mammifères. Des forages viennent d’y être effectués et leurs premiers résultats publiés, où l’on comprend mieux comment s’est déroulé le cataclysme.




23/11/2016

Découverte d'une nouvelle galaxie naine satellite de notre Voie Lactée

Une nouvelle galaxie satellite de notre Voie Lactée vient d'être découverte par une équipe à dominante japonaise. Cette toute petite galaxie, nommée Virgo I est très peu lumineuse, laissant penser que de nombreuses autres du même type pourraient se cacher dans le halo de notre Galaxie.




21/11/2016

Découverte d'un superamas situé derrière notre galaxie


Une équipe internationale vient de révéler la présence d’un superamas de galaxies (un amas d’amas) encore plus imposant que le superamas Shapley, le plus grand connu à proximité de notre superamas Laniakea. Ce superamas de galaxies est très difficile à observer car il se situe dans la zone quasi inaccessible à l’observation qui est située dans le plan de notre galaxie. Ce nouveau venu, du nom de superamas de Vela (les Voiles), est situé à 800 millions d’années-lumière et nous attire vers lui avec une vitesse de 50 km.s-1.




19/11/2016

Une supernova filmée dans un aquarium ! Un film impressionnant

Ce film du réalisateur Thomas Vanz retrace la mort d'une étoile massive en une supernova par effondrement de coeur. Son originalité vient des moyens utilisés pour produire ce film : aucun effet spécial numérique n'a été utilisé, mais seulement un aquarium et des fluides colorants filmés à faible distance. Le rendu est impressionnant de réalisme. Laissez-vous emporter! [film découvert sur www.laboiteverte.fr]



Pour savoir comment Thomas Vanz a réalisé ce court-métrage, deux making-of ont été produits par l'auteur de ce film, que vous pouvez voir ci-dessous : 




Kepler11145123 : L'objet astrophysique le plus sphérique jamais mesuré


Les étoiles ne sont pas des sphères parfaites, leur rotation sur elles-mêmes produit une force centrifuge qui les aplatit très légèrement aux pôles. Or une équipe d'astrophysiciens vient de réussir à mesurer la rotondité d'une grosse étoile, et celle-ci se révèle étonnamment être l'objet astrophysique le plus sphérique jamais mesuré.




17/11/2016

75% des planètes circumbinaires (Tatooine) ne sont pas détectées


Les planètes qui sont en orbite de deux étoiles en même temps sont différentes de celles que l'on connaît autour d'étoiles uniques. Elles se sont formées dans des circonstances très différentes et sont à ce titre très intéressantes à étudier, sauf qu'il est beaucoup plus difficile de les trouver, tellement difficile que des astronomes viennent d'estimer qu'on en ratait pas moins de 75%.  




15/11/2016

Découverte pour la première fois d'une bouffée gamma associée à une bouffée rapide d'ondes radio


Des astronomes américains viennent de découvrir pour la première fois une contrepartie en rayons gamma d'une bouffée rapide d'ondes radio (une FRB). Cette découverte bouleverse notre vision de ces phénomènes hyper-énergétiques.




10/11/2016

Les rayons cosmiques ultra-énergétiques produisent trop de muons

Vue artistique de gerbes de rayons cosmiques ultra-énergétiques (ASPERA/Novapix/L. Bret)

La collaboration Pierre Auger, qui étudie les rayons cosmiques ultra-énergétiques via les gerbes de particules qu'ils produisent dans l'atmosphère, vient de trouver que ces particules produisent plus de muons que ce que prédisent les modèles théoriques utilisés au LHC, une anomalie encore inexpliquée.




09/11/2016

Calcul théorique de la masse des axions, particules candidates pour la matière noire


Des calculs massifs ont permis à des physiciens hongrois et allemands de prédire quelle devrait être la masse de l'axion, une particule candidate très intéressante pour expliquer la matière noire. Ils publient leur découverte dans le journal Nature.




06/11/2016

Un atome hybride antiprotonique pour mesurer avec précision la masse de l'antiproton

Un atome d'hélium antiprotonique

La masse de l'antiproton vient d'être mesurée avec une précision accrue, grâce à la production d'un atome d'hélium très particulier : un atome antiprotonique, où un antiproton remplace un électron.