16/10/2014

Ces Galaxies qui ne fabriquent pas d'Etoiles

Les étoiles ne naissent ni dans les choux ni dans les roses, mais dans les galaxies. Ces naissances ont lieu par effondrement gravitationnel de nuages de gaz, essentiellement constitués d'hydrogène (atomique ou moléculaire) et d'hélium. Mais ces nuages comportent généralement aussi quelques traces de poussières faites d'atomes plus gros que l'hélium, que les astronomes ont la sale habitude d'appeler des "métaux". Oui, pour les astrophysiciens, l'oxygène est un métal, allez savoir...



La poussière dans ces nuages de gaz joue un rôle fondamental pour que les étoiles puissent y naître : elle empêche de trop grandes quantités de lumière des étoiles environnantes de pénétrer au cœur du nuage gazeux, ce qui permet alors aux molécules du nuage de pouvoir rayonner leur chaleur vers l'extérieur et se refroidir et donc diminuer la pression gazeuse... jusqu'au point où la force de gravitation devient plus grande que cette pression et provoque l'effondrement qui va finalement allumer l'étoile.
La galaxie naine irrégulière Sextans A
(ESA/NASA/JPL-Caltech/NRAO)

De telles formations d'étoiles arrivent souvent dans les grosses galaxies comme la nôtre. En revanche, on ne sait pas encore très bien comment ça se passe dans les toutes petites galaxies. Il se trouve que ces petites galaxies montrent une abondance très faible en "métaux" dans leurs nuages de gaz, ce qui indique que l'absorption de la lumière y est faible, laissant une pression trop grande pour un collapse gravitationnel. La formation d'étoile y est rendue difficile.
Ce qui fait la différence entre une grosse galaxie comme notre Voie Lactée et de petites galaxies comme Sextans A et ESO 146-G14, objets d'une étude parue cette semaine dans Nature, est leur vitesse de rotation. Notre galaxie a une vitesse de rotation d'environ 200 km/s. Cette grande vitesse de rotation fait que les atomes lourds produits d'explosions stellaires antérieures, se retrouvent piégés dans le milieu interstellaire, et finissent par constituer quelques pourcents de la masse des nuages de gaz de la galaxie. 
Mais les petites galaxies comme Sextans A et ESO 146-G14 tournent beaucoup moins vite : respectivement 23 km/s et 70 km/s. Il faut préciser qu'il existe un lien étroit entre la masse d'une galaxie et sa vitesse de rotation, ces deux petites galaxies sont des minuscules petites choses : 0,2% et 13% de la masse de la Voie Lactée.

Les auteurs de cette étude, Yong Shi et al. montrent que l'abondance en métaux de ces naines est 10 fois plus faible que celle que nous connaissons chez nous. La gravité dans leurs nuages de gaz est en fait si faible qu'elles ne devraient presque pas avoir d'étoiles jeunes. Mais elles en ont quand même quelques unes, et on peut les observer...
Pour déterminer la masse exacte des poussières et le taux de formation d'étoiles dans ces deux petites galaxies, les astrophysiciens chinois et américains menés par Yong Shi ont mobilisé pas moins de trois télescopes spatiaux : Herschel et Spitzer pour observer la poussière en infrarouge, et Galex, pour observer les (rares) étoiles naissantes dans l'ultra-violet.
Le résultat étonnant qu'ils obtiennent est qu'il y a beaucoup plus de poussières que prévu, mais aussi beaucoup plus de gaz, et ce gaz est majoritairement moléculaire (deux atomes d'hydrogène accrochés ensemble). Mais si l'efficacité de formation d'étoiles était similaire à celle de la Voie Lactée, avec tout ce gaz, il devrait y avoir un taux de formation d'étoiles 10 fois plus important que ce qui est observé ici. Une énigme aujourd'hui sans réponse.
Heureusement, ce champ de recherche sur les nuages de gaz moléculaire et les poussières entre actuellement dans une phase très intéressante avec le démarrage du grand radiotélescope interférométrique ALMA (Atacama Large Millimeter Array), installé dans les Andes chiliennes. L'un des objectifs de ALMA est justement d'observer les faibles rayonnements provenant de molécules comme le monoxyde de carbone, très présent dans les cocons d'étoiles.

Ces minuscules galaxies d'aujourd'hui ont certaines ressemblances avec les toutes premières galaxies qui existaient il y a 13 milliards d'années et qui ont pu devenir les belles galaxies comme la nôtre. Elles sont donc d'autant plus importantes à bien connaître.

source : 

Inefficient star formation in extremely metal poor galaxies
Yong Shi et al.
Nature 514, 335–338 (16 October 2014)