dimanche 17 décembre 2017

Des minuscules galaxies bleues à l'origine des amas globulaires ?


Il existe des types de galaxies très particulières, repérées récemment dans les images les plus profondes obtenues avec le télescope Hubble, souvent très petites, elles ont été appelées "Green Peas", "Blueberries", ou encore "Blue Nuggets". Aujourd'hui, une étude consacrée à des galaxies nommées "Little Blue Dots" (Petits Points Bleus) indique qu'elles pourraient être à l'origine de nos amas globulaires, dont les précurseurs sont toujours activement recherchés...




Debra Meloy Elmegreen (Vassar College) et Bruce Elmegreen (IBM Research Division) se sont plongés dans les images du programme Frontier Fields de Hubble, notamment dans les images de grands amas de galaxies comme Abell 2744 ou MACS J0416.1-02403. Des galaxies très petites apparaissent bleues sur les images, elles ont été appelées logiquement "Little Blue Dots" (LBD). Ces galaxies LBD sont vraiment toutes petites, puisqu'elles ont une masse stellaire inférieure à 10 millions de masses solaires, mais en revanche, elles montrent un taux de formation d'étoiles supérieur à 1 masse solaire par an. Elles sont moins massives que les "Bluberries" mais ont un taux de formation d'étoile plus élevé que ces dernières. Les LBD forment également  plus d'étoiles que les "Blue Nuggets". Ce taux de formation d'étoile de 1 par an peut paraître faible, mais rapporté à la masse totale de ces galaxies LBD, il est absolument énorme. Une étoile par an, c'est ce que produit en moyenne notre galaxie, qui a pourtant 10 000 fois plus de masse que ces petites galaxies LBD. Proportionnellement, les LBD fabriquent des étoiles 10 000 fois plus vite que notre galaxie.
Le taux de formation d'étoiles spécifique de ces LBD (c'est à dire le taux de formation relatif à la masse de la galaxie) est même 100 fois supérieur à celui des galaxies de même taille , les galaxies naines locales quand on les projette à la même époque. Cela fait dire aux chercheurs que les galaxies LBD ont dû se former très très rapidement, en moins de quelques dizaines de millions d'années!

Le rayon des LBD observées par Debra et Bruce Elmegreen varie entre 80 et 180 parsecs seulement (entre 261 et 587 années-lumière). Ces galaxies LBD, très peu lumineuses n'ont pas été trouvées seulement dans l'Univers local, certaines se trouvent à un redshift z d'environ 5 (1,5 milliards d'années après le Big Bang). Les astronomes se sont donc demandé ce qu'ont pu devenir ces très petites galaxies dans l'évolution cosmique.
On pourrait penser, comme le propose le paradigme de la cosmologie basé sur le modèle 𝛬CDM qui invoque une formation hiérarchique des grandes structures, que les petites galaxies sont les graines des grosses galaxies. Cela fonctionne bien dans les simulations avec les galaxies "Blue Nuggets". Mais les LBD, elles, forment des étoiles trop vite pour construire des grosses galaxies. Les chercheurs montrent qu'elles épuisent leur réservoir de gaz trop tôt pour grossir ensuite. 

Debra et Bruce Elmegreen se sont ensuite demandé si les LBD ne pouvaient pas être les ancêtres de galaxies moins massives comme les galaxies naines que nous voyons dans l'Univers local. La réponse est encore négative, du fait, là encore, de leur formation d'étoiles trop élevée qui n'est pas cohérente avec l'histoire des galaxies naines telle que les astronomes parviennent à la retracer.
Mais Debra et Bruce Elmegreen se sont rendu compte que ces bouffées de formation d'étoiles très élevées pouvait tout à fait produire non pas une galaxie naine entière, mais des amas globulaires massifs à l'intérieur de galaxies naines, en un très court laps de temps. Des amas globulaires d'environ 1 million de masses solaires peuvent ainsi être produits, représentant une fraction importante de la masse stellaire totale de la galaxie naine hôte. Ce scénario se trouve être tout à fait compatible avec ce qui est observé dans les galaxies naines locales.

Les amas globulaires de notre galaxie ne seraient ainsi selon ce scénario que les derniers résidus de galaxies naines très anciennes qui auraient été absorbées par des galaxies plus grosses au cours de l'histoire cosmologique. On sait déjà depuis longtemps que les étoiles des amas globulaires de notre galaxie sont très âgées, entre 10 et 13 milliards d'années, ce qui paraît compatible avec le scénario envisagé.

L'étude d'objets très lointains dans l'espace-temps permet de mieux comprendre l'origine et l'évolution de structures qui nous sont parfois si familières, même si encore emplies d'inconnues.


Source

Little Blue Dots in the Hubble Space Telescope Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?
Debra Meloy Elmegreen, Bruce G. Elmegreen
accepté pour publication dans The Astrophysical Journal Letters


Illustrations

1) Zoom sur le champ parallèle du Hubble Frontier Field montrant la présence d'une galaxie "Little Blue Dot" (en haut à droite) (Debra & Bruce Elmegreen)

2) L'amas de galaxies Abell 2744 imagé par le télescope spatial Hubble (NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

3) Distribution des galaxies LBD en fonction de leur masse et de leur taux de formation d'étoiles (échelles log-log) et selon leur redshift (couleurs). Les LBD sont ici représentées en bleu, vert et rouge selon leur redshift (Debra Meloy Elmegreen, Bruce G. Elmegreen).

4) L'amas globulaire M13 imagé par le télescope Hubble (NASA/ESA).