Archéologie stellaire

Les grappes d'étoiles de la Voie lactée se déclinent en deux saveurs distinctes: ouverte et globulaire. Mais d'autres galaxies montrent que ces objets sont peut-être plus semblables que nous le pensions.

Par Francis Reddy  | Publié: Mardi 29 octobre 2019

Archéologie stellaire

Les grappes d'étoiles de la Voie lactée se déclinent en deux saveurs distinctes: ouverte et globulaire. Mais d'autres galaxies montrent que ces objets sont peut-être plus semblables que nous le pensions.

Par Francis Reddy  | Publié: Mardi 29 octobre 2019

SUJETS CONNEXES: LA VOIE LAITIÉE

UN CLUSTER GLOBULAIRE PERCÉ à travers le disque de notre galaxie tous les millions d'années. Chaque passe rapproche le cluster de la perturbation. Pourtant, à mesure que le disque glisse à travers le disque, il compresse les nuages ​​moléculaires et déclenche une vague de formation d'étoiles, créant de nouveaux clusters ouverts.

Astronomie : Roen Kelly

L'un des concepts fondamentaux de l'astronomie est que la Terre gravite autour d'une étoile moyenne, qui traverse une portion indescriptible de notre Voie lactée, une galaxie spirale typique.

C’est une notion qui revient à Copernic - il a, après tout, poussé la Terre du centre de l’univers - mais elle correspond également à la tendance naturelle de l’homme à considérer comme normales les choses qui nous sont le plus familières.

Notre emplacement dans la Voie lactée donne aux astronomes une excellente occasion de voir comment les étoiles vivent et meurent. L'un des meilleurs moyens de s'en rendre compte provient des groupes d'étoiles, des groupes d'étoiles nouvelles et anciennes qui s'unissent et fournissent des indices importants sur le passé.

Au cours des 25 dernières années, il est devenu évident que la façon dont les astronomes ont traditionnellement caractérisé les amas d'étoiles - les classant comme ouverts ou globulaires, les deux formes observées dans notre galaxie natale - ne tient plus. Les galaxies qui entrent en collision, ou celles qui subissent d'intenses éclats de formation d'étoiles, semblent remplies d'objets qui ne rentrent pas facilement dans l'une ou l'autre catégorie. Ces dernières années, les astronomes ont trouvé des amas difficiles à classer, même dans des spirales normales, des galaxies autrement que les nôtres.

Les amas d'étoiles font l'objet d'études intensives depuis plus d'un siècle. Ce sont les joyaux scintillants du ciel nocturne, des agrégations de quelques centaines à environ un million d'étoiles, formant généralement une seule entité liée gravitationnellement.

BEAUCOUP DE JEUNES ÉTOILES MASSIVES font du célèbre Double Cluster de Perseus l’une des collections stellaires les plus brillantes de la Voie lactée. Les deux groupes ouverts, connus individuellement sous les noms de Chi (χ) Persei (NGC 884, à gauche) et h Persei (NGC 869, à droite), se sont formés respectivement il y a 11 millions d'années et 12 millions d'années. Seulement environ 100 années-lumière séparent la paire. Les deux groupes sont visibles à l'œil nu malgré 7 000 années-lumière de nous.

NA Sharp / NOAO / AURA / NSF

La plupart des étoiles se forment probablement au sein de grappes. Le problème de compréhension de la formation d’étoiles est donc inextricablement lié à la compréhension de la formation des grappes. Les grappes sont importantes car elles fournissent un échantillon d’étoiles du même âge, ayant à peu près le même contenu chimique et se trouvant à la même distance de la Terre - ce qui les rend utiles pour tester les théories de l’évolution stellaire. Étant donné que les observateurs peuvent identifier et étudier les amas d'étoiles d'autres galaxies à des distances où les étoiles individuelles ne peuvent plus être distinguées, les astronomes comprennent mieux les processus de formation des étoiles dans un vaste espace et dans le temps.

«Nous vivons dans la voie lactée et nous avons donc une certaine perspective sur ce que nous pourrions appeler un amas d'étoiles», explique Rupali Chandar, astronome à l'université de Toledo, dans l'Ohio. Dans notre vision paroissiale, les amas d'étoiles se déclinent en deux saveurs - ouverte et globulaire - qui, à première vue, ne pourraient être plus différentes.
 

La vue de l'intérieur

Les amas ouverts résident dans le disque de notre galaxie, contiennent généralement des étoiles ne datant pas d'un milliard d'années et contiennent quelques centaines à peut-être quelques milliers de masses solaires. Leurs étoiles présentent une métallicité - le complément d'éléments plus lourds que l'hélium - similaire ou supérieure à celle de notre Soleil. Les grappes ouvertes ont des tailles allant de plusieurs à plus de 50 années-lumière et paraissent diffuses et de forme irrégulière. Environ 1 000 ont été cataloguées, les exemples les plus célèbres étant les Pléiades et les Hyades bien connues du Taurus. Des milliers d'autres risquent d'exister au-delà de notre capacité à les détecter.

Les amas globulaires parcourent des orbites fortement inclinées par rapport au disque de la Voie lactée et sont associés à ses composants plus sphériques en forme de halo et de renflement. Les globules contiennent généralement 100 000 masses solaires, le tout dans un volume sphérique ou elliptique d'environ 100 années-lumière. Avec des âges d'environ 12 milliards d'années, les amas globulaires sont de véritables objets anciens, ce qui se reflète dans la faible métallicité de leurs étoiles. Environ 150 globulaires - dont plusieurs visibles à l’œil nu - gravitent autour de la Voie Lactée.

Le MESSIER 13, situé dans la constellation d'Hercule, est un amas globulaire situé à 23 000 années-lumière de la Terre. M13 contient environ un demi-million d'étoiles liées entre elles par leur attraction gravitationnelle mutuelle.

Télescope Caltech / NASA / NSF / Canada-France-Hawaii / J.-C. Cuillandre / Coelum

Les amas d'étoiles de la galaxie d'Andromède, la grande spirale la plus proche, semblent se décomposer de la même manière. «Si nous vivions à Andromeda, je pense que cela renforcerait probablement notre vision de cette dichotomie dans les propriétés des grappes», déclare Chandar. Mais les astronomes dans un environnement galactique plus extrême, comme une galaxie en train de subir une formation intense d'étoiles, telle que M82, ou des galaxies en cours de fusion, telles que les Antennes, aboutiraient à des conclusions bien différentes.

«Le principal résultat [des travaux au cours des 25 dernières années] est que, chaque fois que vous regardez les galaxies à étoiles et à fusion, vous voyez des systèmes très riches en grappes jeunes et compactes», explique Chandar. "La fin la plus massive de ceux-ci,

la fin la plus brillante, a toutes les propriétés - masses, tailles, luminosités actuelles - que nous pourrions attendre de jeunes groupes globulaires. "Si nous pouvions regarder ces énormes groupes jeunes loin dans le futur, lorsque l'univers aura deux fois son âge actuel, ils ' d ressemblent aux grappes globulaires que nous voyons en orbite autour de la Voie Lactée aujourd'hui. De plus, ces objets ne sont pas uniques aux environnements galactiques perturbés. Ils se produisent également dans des spirales normales comme M83 et NGC 6946.

Lorsque les astronomes réexaminent le système de grappes de la Voie lactée en tenant compte de cette constatation, la distinction autrefois claire entre les grappes ouvertes et globulaires devient floue. À l'âge de 10 milliards d'années, Berkeley 17 est considéré comme le groupe ouvert le plus ancien, mais il chevauche la gamme des âges des groupes globulaires (de 8 à 12 milliards d'années). Les deux types de grappes montrent également un léger chevauchement de la teneur en métal. Et puis il y a des clusters où la classification est simplement ambiguë. L'astrophysicien Søren Larsen de l'Université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas, a déclaré: «Considérez les groupes de la Voie Lactée NGC 2158, NGC 6791, NGC 5053 et Terzan 3, qui se ressemblent tous beaucoup. Mais les deux premiers sont classés comme ouverts et les deux autres comme globulaires. "

Au-delà de la voie lactée

Le Grand Nuage Magellan (LMC), un satellite de la Voie Lactée, confond encore la question. En 1930, Harlow Shapley a fait référence aux «grappes globulaires bleues» du LMC, reconnaissant que ces objets ne pouvaient être classés dans aucune des catégories de grappes. Le LMC et la galaxie spirale M33 ont tous deux formé ces objets, également appelés «grappes bleues peuplées», plus ou moins continuellement.

Parmi les autres types de grappes décrits dans la littérature astronomique figurent les grappes super-étoiles (dans M82) et les grappes jeunes et massives (dans les antennes). La dernière entrée - Fuzz Faint - provient d’une étude réalisée en 2002 par Larsen et Jean Brodie de Lick Observatory de l’Université de Californie. Ils ont découvert ces objets sur des images des galaxies NGC 1023 et NGC 3384 au télescope spatial Hubble. Une enquête complémentaire réalisée avec le télescope Keck I à Hawaii a révélé que les flous lugubres constituaient des amas d'étoiles riches en métal et datant de 8 milliards d'années. fois plus gros que des grappes ouvertes ou globulaires typiques. Aucun de ces objets ne se trouve nulle part dans le groupe local, l'assemblage de galaxies qui inclut notre voie lactée.

«L'idée générale a toujours été que ces grappes sont formées à partir de mécanismes différents, qu'il doit y avoir quelque chose de différent dans la façon dont la formation des étoiles a été déclenchée», explique Chandar. En d'autres termes, certains types de groupes ne peuvent se former que dans certains types de galaxies - une notion que Bradley Whitmore du Space Telescope Science Institute a appelée de manière ludique «création spéciale».

Au lieu de cela, Whitmore, Chandar, Larsen et d’autres voient des preuves fascinantes d’une propriété sous-jacente reliant différentes classes de grappes d’étoiles. La plupart des études sur les jeunes groupes montrent que les luminosités de leurs étoiles suivent une relation mathématique appelée loi de puissance. Tracé sur une échelle logarithmique, le nombre d'étoiles ultralumineuses et le nombre d'étoiles modestement brillantes tracent une ligne droite. Les groupes ouverts de la Voie lactée semblent également présenter la même caractéristique démographique.

Cette distribution des luminosités au sein des grappes individuelles - appelée fonction de luminosité de la grappe - montre peu de variation entre les grappes d'une même galaxie. Mais ce qui est encore plus surprenant, c’est que, lorsque les astronomes comparent les fonctions de luminosité des amas de différentes galaxies, les résultats semblent converger vers une seule fonction de luminosité «universelle».

SUPERNOVAE POP OFF fréquemment dans NGC 6946, une galaxie spirale dans Cepheus. Huit explosions d'étoiles ont été enregistrées depuis 1917, signe évident d'une formation d'étoiles intense. Encart: un nœud brillant dans un bras en spirale se transforme en un amas brillant d'environ 420 années-lumière, d'une masse d'environ un million de soleils. De nombreux astronomes se réfèrent à cela comme un jeune groupe globulaire.

Adam Block / NOAO / AURA / NSF; Encart: Søren Larsen / NASA / STScI

"Cela suggère que les galaxies qui fusionnent ont les amas les plus brillants uniquement parce qu'elles en ont le plus", explique Whitmore. "Il semble s'agir de simples statistiques plutôt que d'une différence dans les mécanismes de formation physique."

À première vue, les données démographiques des anciens groupes globulaires semblent contredire cette conclusion. Les grappes globulaires, que l'on croyait former autrefois d'une manière uniquement liée à la physique de l'univers primitif, semblent former aujourd'hui de grosses grappes jeunes. Cependant, les globulaires suivent une distribution en forme de courbe en cloche. Chandar a déclaré: «Cette forme en forme de courbe en cloche a été interprétée pendant de nombreuses années comme signifiant que les amas globulaires se formaient avec une masse préférée - la masse au sommet de la [courbe] - plutôt que le résultat de l'évolution."

Une solution à ce problème consiste à imaginer que les petites globulaires s’évaporent avec le temps, processus mis en évidence par des simulations sur ordinateur pendant de nombreuses années. Au fil du temps, lorsque les étoiles d'un groupe interagissent par gravité, des étoiles de masses différentes s'installent dans différentes parties du groupe. Comme de l'eau qui se dépose dans le pétrole, les étoiles massives - et celles liées gravitationnellement comme des binaires - pénètrent au centre de la grappe aux dépens des étoiles de faible masse, qui se déplacent vers l'extérieur dans les marges de la grappe. Le champ gravitationnel de la galaxie éloigne ces étoiles trop éloignées.

Tôt ou tard, les globulaires doivent passer à proximité du bulbe de leur galaxie ou plonger à travers son disque. Au cours de ces rencontres, les globulaires connaissent des marées galactiques en rapide évolution. Chacun de ces «chocs de marée» accélère la formation d'étoiles en grappe et les envoie dans les marges du globe. Une fois là-bas, ces étoiles mal liées peuvent finalement être retirées de la grappe.

Une fabuleuse étoile à portée de main, le Grand nuage de Magellan (LMC) est un satellite de notre propre galaxie situé à quelque 160 000 années-lumière. Il a fabriqué des groupes de jeunes étoiles massives plus ou moins continuellement. R136, le jeune groupe brillant de la nébuleuse de la Tarentule, a une masse de 30 000 soleils. NGC 1866 et NGC 1978, deux des «grappes bleues peuplées» du LMC, ont des masses à peu près similaires - environ 100 000 Soleils - mais d'âges très différents.

R136: Jesús Maíz-Apellániz et Nolan Walborn (STScI) et Rodolfo Barbá (Observatoire astronomique de La Plata); NGC 1866 et NGC 1978: Søren Larsen (ESO)

Grappes s'évaporant

Il y a vingt ans, il n'y avait aucune preuve d'observation que les globulaires se dissolvent réellement. En 2000, une équipe dirigée par Michael Odenkirchen de l'institut d'astronomie Max Planck de Heidelberg, en Allemagne, découvrit une double queue de débris stellaires s'éloignant du petit groupe globulaire Palomar (Pal) 5 (voir «Le dernier stand du cluster» à gauche). Des études ultérieures ont révélé que les queues de marée provenaient de 20 autres globulaires, dont NGC 288 et Pal 12 et 13. Les grappes globulaires s'évaporent et les astronomes n'observent aujourd'hui que les vestiges les plus massifs de la population globulaire d'origine de la Voie lactée.

En 2003, une équipe dirigée par Richard de Grijs, alors à l’Université de Cambridge en Angleterre, examina un «fossile starburst» vieux de plusieurs milliards d’années au centre de M82, le plus proche et le meilleur Étoile-galaxie. Les interactions des marées avec les voisins M81 ou NGC 3077 ont probablement déclenché les impulsions féroces de formation d'étoiles de M82.

Les astronomes ont examiné une région où ils avaient précédemment identifié plus de 100 amas gravitationnels. Si la vue unifiée est correcte, de nombreux amas de faible masse qui se sont formés au cours de cet épisode de formation d'étoiles se sont déjà évaporés. Si de Grijs et ses collègues pouvaient voir des groupes suffisamment faibles, ils pourraient déterminer si ceux de M82 suivent une distribution en courbe en cloche ressemblant à des groupes globulaires.

En fait, c'est ce que de Grijs et son équipe ont fait. Ils ont produit des preuves concluantes montrant que les jeunes groupes présentaient des luminosités et des distributions caractéristiques presque identiques à celles des globulaires en orbite autour de M31, M87, d’anciennes galaxies elliptiques et de notre propre Voie lactée. En effet, de jeunes groupes globulaires se forment actuellement et les distinctions que nous faisons concernant les groupes de la Voie Lactée sont au mieux artificielles. Certains astronomes, comme Whitmore, suggèrent qu'il est temps de créer un système de classification objectif pour les amas d'étoiles, un système fournissant une terminologie plus significative pour les amas proches et lointains, jeunes et vieux.

Il reste néanmoins de nombreuses mises en garde concernant la «vue du continuum» des amas d'étoiles. «Il est clair que les choses deviennent plus compliquées une fois que vous commencez à regarder les détails», dit Larsen.

Dès les années 1950, les astronomes ont compris que les amas globulaires de la Voie lactée contenaient différentes populations qui se distinguaient par leur teneur en métal, leur localisation et leurs mouvements orbitaux.

«L'origine des différentes sous-populations fait actuellement l'objet de nombreux débats et nous sommes encore très loin d'avoir une image claire», explique Larsen. "En règle générale, les groupes globulaires résidant dans le halo semblent appartenir à deux groupes, en fonction de leur âge et d'autres propriétés, et les plus jeunes peuvent avoir été accrétés."

La galaxie sphéroïdale du nain sagittaire, qui traverse maintenant le disque de la Voie lactée, a peut-être fourni une poignée de globules. Ils incluent Terzan 7 et 8, Arp 2, Pal 12 et M54 - le dernier objet que certains astronomes désignent comme le noyau perturbé de la galaxie. Omega Centauri, la globule la plus brillante et la plus massive de la Voie lactée, pourrait également être le noyau dépouillé d'une autre galaxie naine.

Dans une étude de 2004 sur les sous-populations globulaires, Dougal Mackey et Gerry Gilmore, de l'Institut de l'astronomie de l'Université de Cambridge, ont estimé que notre galaxie avait connu au moins sept fusions. Ils affirment que près de la moitié de la masse stellaire du halo de la Voie lactée provient de galaxies naines portant des amas avalées par les nôtres. Si tel est le cas, les jeunes globulaires sont les vestiges de nos acquisitions les plus récentes.

Pour chaque groupe qui survit jusqu'à 10 milliards d'années, un millier ont été créés et ont été détruits, leurs étoiles dispersées dans la galaxie. Pour donner une tournure astronomique à la célèbre phrase de Mark Twain sur le tonnerre et la foudre, les galaxies sont impressionnantes, mais ce sont les amas d'étoiles qui font le travail.

SUJETS CONNEXES: LA VOIE LAITIÉE

UN CLUSTER GLOBULAIRE PERCÉ à travers le disque de notre galaxie tous les millions d'années. Chaque passe rapproche le cluster de la perturbation. Pourtant, à mesure que le disque glisse à travers le disque, il compresse les nuages ​​moléculaires et déclenche une vague de formation d'étoiles, créant de nouveaux clusters ouverts.

Astronomie : Roen Kelly

L'un des concepts fondamentaux de l'astronomie est que la Terre gravite autour d'une étoile moyenne, qui traverse une portion indescriptible de notre Voie lactée, une galaxie spirale typique.

C’est une notion qui revient à Copernic - il a, après tout, poussé la Terre du centre de l’univers - mais elle correspond également à la tendance naturelle de l’homme à considérer comme normales les choses qui nous sont le plus familières.

Notre emplacement dans la Voie lactée donne aux astronomes une excellente occasion de voir comment les étoiles vivent et meurent. L'un des meilleurs moyens de s'en rendre compte provient des groupes d'étoiles, des groupes d'étoiles nouvelles et anciennes qui s'unissent et fournissent des indices importants sur le passé.

Au cours des 25 dernières années, il est devenu évident que la façon dont les astronomes ont traditionnellement caractérisé les amas d'étoiles - les classant comme ouverts ou globulaires, les deux formes observées dans notre galaxie natale - ne tient plus. Les galaxies qui entrent en collision, ou celles qui subissent d'intenses éclats de formation d'étoiles, semblent remplies d'objets qui ne rentrent pas facilement dans l'une ou l'autre catégorie. Ces dernières années, les astronomes ont trouvé des amas difficiles à classer, même dans des spirales normales, des galaxies autrement que les nôtres.

Les amas d'étoiles font l'objet d'études intensives depuis plus d'un siècle. Ce sont les joyaux scintillants du ciel nocturne, des agrégations de quelques centaines à environ un million d'étoiles, formant généralement une seule entité liée gravitationnellement.

BEAUCOUP DE JEUNES ÉTOILES MASSIVES font du célèbre Double Cluster de Perseus l’une des collections stellaires les plus brillantes de la Voie lactée. Les deux groupes ouverts, connus individuellement sous les noms de Chi (χ) Persei (NGC 884, à gauche) et h Persei (NGC 869, à droite), se sont formés respectivement il y a 11 millions d'années et 12 millions d'années. Seulement environ 100 années-lumière séparent la paire. Les deux groupes sont visibles à l'œil nu malgré 7 000 années-lumière de nous.

NA Sharp / NOAO / AURA / NSF

La plupart des étoiles se forment probablement au sein de grappes. Le problème de compréhension de la formation d’étoiles est donc inextricablement lié à la compréhension de la formation des grappes. Les grappes sont importantes car elles fournissent un échantillon d’étoiles du même âge, ayant à peu près le même contenu chimique et se trouvant à la même distance de la Terre - ce qui les rend utiles pour tester les théories de l’évolution stellaire. Étant donné que les observateurs peuvent identifier et étudier les amas d'étoiles d'autres galaxies à des distances où les étoiles individuelles ne peuvent plus être distinguées, les astronomes comprennent mieux les processus de formation des étoiles dans un vaste espace et dans le temps.

«Nous vivons dans la voie lactée et nous avons donc une certaine perspective sur ce que nous pourrions appeler un amas d'étoiles», explique Rupali Chandar, astronome à l'université de Toledo, dans l'Ohio. Dans notre vision paroissiale, les amas d'étoiles se déclinent en deux saveurs - ouverte et globulaire - qui, à première vue, ne pourraient être plus différentes.
 

La vue de l'intérieur

Les amas ouverts résident dans le disque de notre galaxie, contiennent généralement des étoiles ne datant pas d'un milliard d'années et contiennent quelques centaines à peut-être quelques milliers de masses solaires. Leurs étoiles présentent une métallicité - le complément d'éléments plus lourds que l'hélium - similaire ou supérieure à celle de notre Soleil. Les grappes ouvertes ont des tailles allant de plusieurs à plus de 50 années-lumière et paraissent diffuses et de forme irrégulière. Environ 1 000 ont été cataloguées, les exemples les plus célèbres étant les Pléiades et les Hyades bien connues du Taurus. Des milliers d'autres risquent d'exister au-delà de notre capacité à les détecter.

Les amas globulaires parcourent des orbites fortement inclinées par rapport au disque de la Voie lactée et sont associés à ses composants plus sphériques en forme de halo et de renflement. Les globules contiennent généralement 100 000 masses solaires, le tout dans un volume sphérique ou elliptique d'environ 100 années-lumière. Avec des âges d'environ 12 milliards d'années, les amas globulaires sont de véritables objets anciens, ce qui se reflète dans la faible métallicité de leurs étoiles. Environ 150 globulaires - dont plusieurs visibles à l’œil nu - gravitent autour de la Voie Lactée.

Le MESSIER 13, situé dans la constellation d'Hercule, est un amas globulaire situé à 23 000 années-lumière de la Terre. M13 contient environ un demi-million d'étoiles liées entre elles par leur attraction gravitationnelle mutuelle.

Télescope Caltech / NASA / NSF / Canada-France-Hawaii / J.-C. Cuillandre / Coelum

Les amas d'étoiles de la galaxie d'Andromède, la grande spirale la plus proche, semblent se décomposer de la même manière. «Si nous vivions à Andromeda, je pense que cela renforcerait probablement notre vision de cette dichotomie dans les propriétés des grappes», déclare Chandar. Mais les astronomes dans un environnement galactique plus extrême, comme une galaxie en train de subir une formation intense d'étoiles, telle que M82, ou des galaxies en cours de fusion, telles que les Antennes, aboutiraient à des conclusions bien différentes.

«Le principal résultat [des travaux au cours des 25 dernières années] est que, chaque fois que vous regardez les galaxies à étoiles et à fusion, vous voyez des systèmes très riches en grappes jeunes et compactes», explique Chandar. "La fin la plus massive de ceux-ci,

la fin la plus brillante, a toutes les propriétés - masses, tailles, luminosités actuelles - que nous pourrions attendre de jeunes groupes globulaires. "Si nous pouvions regarder ces énormes groupes jeunes loin dans le futur, lorsque l'univers aura deux fois son âge actuel, ils ' d ressemblent aux grappes globulaires que nous voyons en orbite autour de la Voie Lactée aujourd'hui. De plus, ces objets ne sont pas uniques aux environnements galactiques perturbés. Ils se produisent également dans des spirales normales comme M83 et NGC 6946.

Lorsque les astronomes réexaminent le système de grappes de la Voie lactée en tenant compte de cette constatation, la distinction autrefois claire entre les grappes ouvertes et globulaires devient floue. À l'âge de 10 milliards d'années, Berkeley 17 est considéré comme le groupe ouvert le plus ancien, mais il chevauche la gamme des âges des groupes globulaires (de 8 à 12 milliards d'années). Les deux types de grappes montrent également un léger chevauchement de la teneur en métal. Et puis il y a des clusters où la classification est simplement ambiguë. L'astrophysicien Søren Larsen de l'Université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas, a déclaré: «Considérez les groupes de la Voie Lactée NGC 2158, NGC 6791, NGC 5053 et Terzan 3, qui se ressemblent tous beaucoup. Mais les deux premiers sont classés comme ouverts et les deux autres comme globulaires. "

Au-delà de la voie lactée

Le Grand Nuage Magellan (LMC), un satellite de la Voie Lactée, confond encore la question. En 1930, Harlow Shapley a fait référence aux «grappes globulaires bleues» du LMC, reconnaissant que ces objets ne pouvaient être classés dans aucune des catégories de grappes. Le LMC et la galaxie spirale M33 ont tous deux formé ces objets, également appelés «grappes bleues peuplées», plus ou moins continuellement.

Parmi les autres types de grappes décrits dans la littérature astronomique figurent les grappes super-étoiles (dans M82) et les grappes jeunes et massives (dans les antennes). La dernière entrée - Fuzz Faint - provient d’une étude réalisée en 2002 par Larsen et Jean Brodie de Lick Observatory de l’Université de Californie. Ils ont découvert ces objets sur des images des galaxies NGC 1023 et NGC 3384 au télescope spatial Hubble. Une enquête complémentaire réalisée avec le télescope Keck I à Hawaii a révélé que les flous lugubres constituaient des amas d'étoiles riches en métal et datant de 8 milliards d'années. fois plus gros que des grappes ouvertes ou globulaires typiques. Aucun de ces objets ne se trouve nulle part dans le groupe local, l'assemblage de galaxies qui inclut notre voie lactée.

«L'idée générale a toujours été que ces grappes sont formées à partir de mécanismes différents, qu'il doit y avoir quelque chose de différent dans la façon dont la formation des étoiles a été déclenchée», explique Chandar. En d'autres termes, certains types de groupes ne peuvent se former que dans certains types de galaxies - une notion que Bradley Whitmore du Space Telescope Science Institute a appelée de manière ludique «création spéciale».

Au lieu de cela, Whitmore, Chandar, Larsen et d’autres voient des preuves fascinantes d’une propriété sous-jacente reliant différentes classes de grappes d’étoiles. La plupart des études sur les jeunes groupes montrent que les luminosités de leurs étoiles suivent une relation mathématique appelée loi de puissance. Tracé sur une échelle logarithmique, le nombre d'étoiles ultralumineuses et le nombre d'étoiles modestement brillantes tracent une ligne droite. Les groupes ouverts de la Voie lactée semblent également présenter la même caractéristique démographique.

Cette distribution des luminosités au sein des grappes individuelles - appelée fonction de luminosité de la grappe - montre peu de variation entre les grappes d'une même galaxie. Mais ce qui est encore plus surprenant, c’est que, lorsque les astronomes comparent les fonctions de luminosité des amas de différentes galaxies, les résultats semblent converger vers une seule fonction de luminosité «universelle».

SUPERNOVAE POP OFF fréquemment dans NGC 6946, une galaxie spirale dans Cepheus. Huit explosions d'étoiles ont été enregistrées depuis 1917, signe évident d'une formation d'étoiles intense. Encart: un nœud brillant dans un bras en spirale se transforme en un amas brillant d'environ 420 années-lumière, d'une masse d'environ un million de soleils. De nombreux astronomes se réfèrent à cela comme un jeune groupe globulaire.

Adam Block / NOAO / AURA / NSF; Encart: Søren Larsen / NASA / STScI

"Cela suggère que les galaxies qui fusionnent ont les amas les plus brillants uniquement parce qu'elles en ont le plus", explique Whitmore. "Il semble s'agir de simples statistiques plutôt que d'une différence dans les mécanismes de formation physique."

À première vue, les données démographiques des anciens groupes globulaires semblent contredire cette conclusion. Les grappes globulaires, que l'on croyait former autrefois d'une manière uniquement liée à la physique de l'univers primitif, semblent former aujourd'hui de grosses grappes jeunes. Cependant, les globulaires suivent une distribution en forme de courbe en cloche. Chandar a déclaré: «Cette forme en forme de courbe en cloche a été interprétée pendant de nombreuses années comme signifiant que les amas globulaires se formaient avec une masse préférée - la masse au sommet de la [courbe] - plutôt que le résultat de l'évolution."

Une solution à ce problème consiste à imaginer que les petites globulaires s’évaporent avec le temps, processus mis en évidence par des simulations sur ordinateur pendant de nombreuses années. Au fil du temps, lorsque les étoiles d'un groupe interagissent par gravité, des étoiles de masses différentes s'installent dans différentes parties du groupe. Comme de l'eau qui se dépose dans le pétrole, les étoiles massives - et celles liées gravitationnellement comme des binaires - pénètrent au centre de la grappe aux dépens des étoiles de faible masse, qui se déplacent vers l'extérieur dans les marges de la grappe. Le champ gravitationnel de la galaxie éloigne ces étoiles trop éloignées.

Tôt ou tard, les globulaires doivent passer à proximité du bulbe de leur galaxie ou plonger à travers son disque. Au cours de ces rencontres, les globulaires connaissent des marées galactiques en rapide évolution. Chacun de ces «chocs de marée» accélère la formation d'étoiles en grappe et les envoie dans les marges du globe. Une fois là-bas, ces étoiles mal liées peuvent finalement être retirées de la grappe.

Une fabuleuse étoile à portée de main, le Grand nuage de Magellan (LMC) est un satellite de notre propre galaxie situé à quelque 160 000 années-lumière. Il a fabriqué des groupes de jeunes étoiles massives plus ou moins continuellement. R136, le jeune groupe brillant de la nébuleuse de la Tarentule, a une masse de 30 000 soleils. NGC 1866 et NGC 1978, deux des «grappes bleues peuplées» du LMC, ont des masses à peu près similaires - environ 100 000 Soleils - mais d'âges très différents.

R136: Jesús Maíz-Apellániz et Nolan Walborn (STScI) et Rodolfo Barbá (Observatoire astronomique de La Plata); NGC 1866 et NGC 1978: Søren Larsen (ESO)

Grappes s'évaporant

Il y a vingt ans, il n'y avait aucune preuve d'observation que les globulaires se dissolvent réellement. En 2000, une équipe dirigée par Michael Odenkirchen de l'institut d'astronomie Max Planck de Heidelberg, en Allemagne, découvrit une double queue de débris stellaires s'éloignant du petit groupe globulaire Palomar (Pal) 5 (voir «Le dernier stand du cluster» à gauche). Des études ultérieures ont révélé que les queues de marée provenaient de 20 autres globulaires, dont NGC 288 et Pal 12 et 13. Les grappes globulaires s'évaporent et les astronomes n'observent aujourd'hui que les vestiges les plus massifs de la population globulaire d'origine de la Voie lactée.

En 2003, une équipe dirigée par Richard de Grijs, alors à l’Université de Cambridge en Angleterre, examina un «fossile starburst» vieux de plusieurs milliards d’années au centre de M82, le plus proche et le meilleur Étoile-galaxie. Les interactions des marées avec les voisins M81 ou NGC 3077 ont probablement déclenché les impulsions féroces de formation d'étoiles de M82.

Les astronomes ont examiné une région où ils avaient précédemment identifié plus de 100 amas gravitationnels. Si la vue unifiée est correcte, de nombreux amas de faible masse qui se sont formés au cours de cet épisode de formation d'étoiles se sont déjà évaporés. Si de Grijs et ses collègues pouvaient voir des groupes suffisamment faibles, ils pourraient déterminer si ceux de M82 suivent une distribution en courbe en cloche ressemblant à des groupes globulaires.

En fait, c'est ce que de Grijs et son équipe ont fait. Ils ont produit des preuves concluantes montrant que les jeunes groupes présentaient des luminosités et des distributions caractéristiques presque identiques à celles des globulaires en orbite autour de M31, M87, d’anciennes galaxies elliptiques et de notre propre Voie lactée. En effet, de jeunes groupes globulaires se forment actuellement et les distinctions que nous faisons concernant les groupes de la Voie Lactée sont au mieux artificielles. Certains astronomes, comme Whitmore, suggèrent qu'il est temps de créer un système de classification objectif pour les amas d'étoiles, un système fournissant une terminologie plus significative pour les amas proches et lointains, jeunes et vieux.

Il reste néanmoins de nombreuses mises en garde concernant la «vue du continuum» des amas d'étoiles. «Il est clair que les choses deviennent plus compliquées une fois que vous commencez à regarder les détails», dit Larsen.

Dès les années 1950, les astronomes ont compris que les amas globulaires de la Voie lactée contenaient différentes populations qui se distinguaient par leur teneur en métal, leur localisation et leurs mouvements orbitaux.

«L'origine des différentes sous-populations fait actuellement l'objet de nombreux débats et nous sommes encore très loin d'avoir une image claire», explique Larsen. "En règle générale, les groupes globulaires résidant dans le halo semblent appartenir à deux groupes, en fonction de leur âge et d'autres propriétés, et les plus jeunes peuvent avoir été accrétés."

La galaxie sphéroïdale du nain sagittaire, qui traverse maintenant le disque de la Voie lactée, a peut-être fourni une poignée de globules. Ils incluent Terzan 7 et 8, Arp 2, Pal 12 et M54 - le dernier objet que certains astronomes désignent comme le noyau perturbé de la galaxie. Omega Centauri, la globule la plus brillante et la plus massive de la Voie lactée, pourrait également être le noyau dépouillé d'une autre galaxie naine.

Dans une étude de 2004 sur les sous-populations globulaires, Dougal Mackey et Gerry Gilmore, de l'Institut de l'astronomie de l'Université de Cambridge, ont estimé que notre galaxie avait connu au moins sept fusions. Ils affirment que près de la moitié de la masse stellaire du halo de la Voie lactée provient de galaxies naines portant des amas avalées par les nôtres. Si tel est le cas, les jeunes globulaires sont les vestiges de nos acquisitions les plus récentes.

Pour chaque groupe qui survit jusqu'à 10 milliards d'années, un millier ont été créés et ont été détruits, leurs étoiles dispersées dans la galaxie. Pour donner une tournure astronomique à la célèbre phrase de Mark Twain sur le tonnerre et la foudre, les galaxies sont impressionnantes, mais ce sont les amas d'étoiles qui font le travail.

Source : http://www.astronomy.com