31/01/2016

La nature des amas globulaires remise en question

Les amas globulaires sont des structures bien connues des astronomes amateurs qui aiment tant les admirer. L'origine de ces amas d'étoiles de forme sphérique est pourtant toujours controversée, surtout depuis la découverte il y a une dizaine d'années qu'ils pouvaient contenir plusieurs générations d'étoiles.



La question de la nature des amas globulaires vient d'être relancée par une nouvelle observation sur des amas globulaires jeunes qui pourtant arborent déjà plusieurs types de populations d'étoiles.
NGC 1783 imagé par Hubble (HST/NASA/ESA)
Les premiers amas globulaires ont été découverts au 17ème siècle, visibles pour les plus brillants d'entre eux avec un petit télescope. Les plus denses peuvent contenir plusieurs centaines de milliers d'étoiles liées entre elles gravitationnellement. Ils peuvent avoir l'âge de la galaxie qui les abrite, le plus souvent plus de 10 milliards d'années.
Pendant très longtemps, les astronomes ont pensé que les amas globulaires étaient peuplés d'étoiles très semblables en type et donc en âge. Mais en 2004, à partir d'observations photométrique effectuées avec le télescope spatial Hubble sur l'amas ω Centauri, les astronomes découvrirent non pas une seule population d'étoiles, mais plusieurs. Puis d'autres observations sur d'autres amas globulaires arrivèrent par la suite à la même conclusion. Les amas globulaires étaient plus complexes que ce que l'on pensait et avaient bien connu plusieurs épisodes de formation d'étoiles au cours de leur vie.
A partir de là, les astronomes tentèrent d'élaborer des scénarios pour expliquer un tel phénomène. On parla par exemple de vents stellaires éjectés par des étoiles de masse moyenne, ou d'éjecta de specimens de grande masse tournant à haute vitesse, qui auraient pu servir de déclencheurs de la formation de nouvelles étoiles. Une autre hypothèse résistait à cette vision en proposant qu'il n'y ait bien qu'une seule population d'étoiles mais que certaines étoiles dans des systèmes binaires pourraient arracher de la matière à leur compagne, formant un disque protoplanétaire autour d'elles et créant alors l'impression qu'il existait des étoiles jeunes. 
Mais aucune des hypothèses théoriques proposées ne semble à l'heure actuelle permettre d'expliquer correctement les observations, en termes de masse d'amas ou encore de dynamique. Les astrophysiciens sont à la recherche de nouvelles idées alternatives. 

Chengyuan Li (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Université de Pékin) et ses collaborateurs apportent une nouvelle piste suite à de récentes observations qu'ils ont effectuées sur trois amas globulaires massifs se trouvant dans les galaxies naines des Nuages de Magellan :  NGC 1783, NGC 1696 et NGC 411. Ces amas globulaires sont relativement jeunes, entre 1 et 2 milliards d'années. Les chercheurs montrent que ces amas globulaires ont connu une bouffée de formation d'étoiles plusieurs centaines de millions d'années après leur naissance, soit à la moitié de leur existence, grâce à la présence d'une surabondance d'hélium décelée dans les étoiles les plus jeunes de ces amas et à la répartition spatiale de ces étoiles au sein des amas.
La nouvelle hypothèse que Li et ses collaborateurs proposent à partir de ces observations est que les amas globulaires auraient pu traverser des nuages de gaz au cours de leur rotation autour de la galaxie et se faisant auraient pu accréter suffisamment de gaz pour servir de réservoir à la formation de nouvelles générations d'étoiles. 

Les chercheurs font également l'hypothèse que les jeunes amas globulaires observés dans les Nuages de Magellan ne seraient que des versions modernes des plus vieux amas globulaires pour dire que le processus invoqué pourrait avoir eu lieu de la même façon sur les très vieux amas globulaires. Cette dernière hypothèse est néanmoins sujette à une petite polémique entre spécialistes. Le lien entre amas globulaires jeunes et vieux amas globulaires n'est pas encore bien établi et la généralisation peut il est vrai sembler délicate à faire.
Il n'en reste pas moins vrai que l'approche innovante de Li et ses collaborateurs apporte une nouvelle solution qui mérite d'être approfondie, et qui devra commencer par mieux cerner les liens qui peuvent exister entre les amas globulaires de différents âges, dans les galaxies naines ou dans notre Galaxie.


Sources :

Formation of new stellar populations from gas accreted by massive young star clusters
Chengyuan Li et al.
Nature 529, 502–504 (28 January 2016)
http://dx.doi.org/10.1038/nature16493

Stellar astrophysics: The mystery of globular clusters
Antonella Nota & Corinne Charbonnel
Nature 529, 473–474 (28 January 2016) 
http://dx.doi.org/10.1038/529473a