Bien qu'un grand nombre d'amas ouverts aient été identifiés dans notre galaxie, leurs propriétés cinématiques internes comme la rotation sont encore loin d'être claires. Grâce aux données astrométriques de haute précision de Gaia, une équipe d'astrophysiciens chinois dévoile la rotation des étoiles à l'intérieur de l'amas Praesepe, alias l'amas de la Ruche, ou encore M44. Une étude publiée dans The Astrophysical Journal.
C. Hao (Université des Sciences et Technologies de Chine) et ses collaborateurs ont développé une méthodologie pour déterminer les statistiques des mouvements résiduels tridimensionnels des étoiles membres de Praesepe pour révéler la présence d'une rotation, et ils peuvent ainsi déterminer son axe de rotation. Praesepe est un amas d'âge intermédiaire dont l'âge est estimé entre 590 et 660 millions d'années. On estime que le rayon de marée de l'amas de Praesepe est de l'ordre de 10 à 12 pc. Les étoiles membres situées dans le rayon de marée d'un amas sont liées gravitationnellement entre elles. En tant que riche amas ouvert, Praesepe contient des géantes rouges et des naines blanches représentant les derniers stades de l'évolution stellaire, ainsi que des étoiles de la séquence principale et un nombre important d'étoiles de faible masse. Les membres de faible masse, la binarité, la luminosité et les fonctions de masse de l'amas de Praesepe ont été étudiés de longue date depuis les premiers travaux des années 1920. En 2019, les données Gaia ont permis de trouver une indication claire de l'existence de queues de marée dans Praesepe, s'étendant même jusqu'à environ 165 pc du centre de l'amas.
Les amas ouverts d'étoiles sont des systèmes qui présentent une large gamme d'âges pouvant aller de quelques millions d'années à plusieurs milliards d'années. Un amas ouvert contient typiquement de quelques dizaines à quelques milliers d'étoiles membres, qui se sont formées presque simultanément dans le même nuage moléculaire. Les amas ouverts sont ainsi d'excellents laboratoires astronomiques pour étudier la structure et l'évolution des étoiles, et ils sont aussi de bons traceurs pour comprendre la structure et l'évolution de notre Galaxie. On connaît aujourd'hui plusieurs milliers d'amas ouverts dans la Voie Lactée, mais on sait peu de choses sur leur cinématique interne, comme la rotation et le fait qu'ils soient en expansion ou en contraction. Mais ces propriétés cinématiques sont fortement liées à la formation et à l'évolution des amas ouverts et sont donc fondamentales.
Quelques tentatives de mesures de la rotation interne ont été effectuées depuis le début des années 1970, déjà sur Praesepe, qui a l'avantage d'être très proche de nous (180 pc), mais aussi sur d'autres amas ouverts comme l'amas des Hyades en 2013, l'amas des Pléaides ou encore les amas NGC 6791 et NGC 6819 en 2019 et 2021. Une corrélation entre les vitesses tangentielles et les parallaxes des membres de certains de ces amas avait été observée, ce qui impliquait une rotation possible. Pour d'autres et grâce aux premières données de précision de Gaia, la relation entre les vitesses tangentielles ou radiales et les positions radiales des étoiles membres indiquaient des signes de rotation, notamment dans les amas Praesepe et NGC 6791, mais pas dans les amas des Pléiades et NGC 6819. Puis avec la version 2 des données astrométriques de Gaia et les données de vitesse radiale et de parallaxes, Popov et al. avaient déterminé en 2020 l'existence probable d'une vitesse de rotation à la périphérie de Praesepe de l'ordre de 0,4 km.s-1.
Dans cette nouvelle étude, les astrophysiciens chinois se concentrent sur l'amas de Praesepe, en utilisant les données les plus récentes de Gaia, la version 3. Et ils déterminent la cinématique globale et en particulier la cinématique interne de Praesepe en trois dimensions, mesurée sur 1135 étoiles de l'amas. Hao et ses collaborateurs estiment ainsi la vitesse de rotation moyenne de l'amas de Praesepe dans son rayon de marée à 0,2 ± 0,05 km s-1, et l'axe de rotation correspondant qu'ils déterminent se trouve être incliné par rapport au plan galactique avec un angle de 41° ± 12°.
Praesepe est désormais le seul amas ouvert de la Voie Lactée dont la rotation a été étudiée exclusivement. La rotation dans l'amas et son axe de rotation ont été déterminés pour la première fois en analysant les vitesses résiduelles en 3D des étoiles de l'amas. De plus, Hao et son équipe donnent une autre information intéressante à partir de leur analyse des données de Gaia : ils ne décèlent aucune indication significative d'expansion ou de contraction pour Praesepe.
Il n'y a plus qu'à effectuer le même type d'analyses sur d'autres amas ouverts emblématiques et bien connus des astronomes amateurs comme les Hyades ou les Pléiades...
Source
On the Nature of Rotation in the Praesepe Cluster
C. J. Hao et al.
The Astrophysical Journal, Volume 938, Number 2 (18 octobre 2022)
Illustration
L'amas ouvert de Praesepe (M44) (NOAO/AURA/NSF)
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