Laurence Bianchini
Les premiers résultats du télescope spatial Herschel montrent un nouveau schéma de la formation des étoiles au sein des galaxies anciennes. A l'instar des étoiles actuelles, les anciennes étoiles se seraient donc formées par lente accrétion de nuages de gaz et de poussières très denses et dont l'équilibre aurait été perturbé. Les starbursts, évènements traduits par la formation soudaine de nombreuses étoiles lors de collisions ou d'interaction entre galaxies, auraient alors joué un rôle mineur dans l'histoire de la formation de l'univers contrairement à ce que les scientifiques pensaient auparavant.
Les étoiles se forment à partir de nuages gazeux relativement denses et compacts. Ces nuages gazeux, du fait des forces de gravité de la matière, devraient en théorie s’effondrer sur eux-mêmes. Néanmoins, il existe plusieurs phénomènes compensant les forces de gravité et permettant au nuage d’atteindre un équilibre : l’agitation thermique, la force centrifuge et le champ magnétique interstellaire. Lors du passage du nuage dans une zone dense ou par l’explosion d’une supernova par exemple, cet équilibre est perturbé, il est alors possible que le nuage subisse un effondrement gravitationnel. Dans ce cas, le nuage de matière va se fragmenter, se contracter, se densifier, se fragmenter à nouveau etc. Tout cela résulte au final en l’apparition d’une grande quantité de petits fragments : les protoétoiles. Les protoétoiles se contractent encore et émettent des rayonnements dans l’infrarouge (IR). La température du corps stellaire continue d’augmenter, l’émission de rayonnement atteint alors le domaine du visible et, finalement, des réactions nucléaires se produisent au sein de l’étoile stoppant la contraction de l’astre. De nos jours notre galaxie, la voie lactée, ne produit qu’une poignée de nouvelles étoiles similaires au soleil par an. Toutefois, la majorité des étoiles furent créées il y a environ 10 milliards d’années.
Grâce au télescope spatial Herschel, il est maintenant possible de mesurer directement la luminosité IR totale émise par de lointaines galaxies. En effet, dans l’espace le télescope Herschel est soustrait à l’absorption de l’eau atmosphérique, il est aussi refroidi à l’hélium liquide afin de limiter ses propres émissions lumineuses et peut ainsi mesurer l’IR lointain. Les observations de Herschel permettent donc de distinguer les galaxies présentant un mode normal de formation des étoiles, tel que nous venons de le présenter, et les galaxies à sursauts de formation d’étoiles (ou « starburst galaxy » en anglais). Le second régime de formation d’étoiles a un taux de formation bien supérieur au taux normal. Il apparait lors d’une collision ou lors d’interactions entre deux voire plusieurs galaxies proches.
Contrairement à ce que les scientifiques croyaient, les nouvelles mesures d’Herschel révèlent que la plupart des étoiles anciennes se sont formées par accrétion lente de nuages de gaz et de poussières comme les étoiles actuelles. Avant Herschel, les mesures laissaient supposer que la plupart des étoiles anciennes provenaient de « starburts » ce qui vient d’être contredit par ces nouveaux résultats. Les scientifiques ont ainsi pu analyser, dans le cadre du programme international GOODS-Herschel dont font partie des chercheurs du CEA, du CNRS et des universités Pierre et Marie Curie, Paris Diderot, Paris-Sud et de Provence, 2000 galaxies sur des époques allant jusqu’à 11 milliards d’années, c’est-à-dire 80% de l’âge de l’univers. Les scientifiques furent surpris de constater que la forme spectrale des émissions IR des galaxies anciennes était assez similaire à celle des émissions des galaxies actuelles.
L’étude évalue le rapport entre le signal total en IR et le signal à la longueur d’onde de 8 µm servant de référence, lequel laisse apparaître des signaux différents suivant le régime de formation des étoiles. Des galaxies plus proches de nous servirent de point de comparaison. En effet, celles-ci montrèrent que lors de la formation d’étoiles lente et continue les étoiles sont diluées de manière plus homogène dans la galaxie que lors d’un « starburst » ce qui favorise la préservation des molécules appelées hydrocarbures aromatiques polycycliques à l’origine du rayonnement à 8 µm.
En conclusion, les « starbursts » seraient donc des phénomènes très marginaux et n’auraient contribué qu’à la formation de 20% des étoiles des galaxies étudiées. Ainsi, bien que le mécanisme à la base de la formation des étoiles soit encore mal compris, Herschel nous a apporté de nouveaux éléments de compréhension sur la formation de notre univers.
Source :
GOODS–Herschel: an infrared main sequence for star-forming galaxies, D. Elbaz et al., Astronomy and Astrophysics 533, A119 (2011) https://www.aanda.org/index.php?option=com_article&access=doi&doi=10.1051/0004-6361/201117239&Itemid=129
(En accès libre) The lesser role of starbursts for star formation at z=2, G. Rodighiero, et al., The Astrophysical Journal Letters, vol. 739, issue 2, (2011) https://arxiv.org/abs/1108.0933
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En savoir plus :
UK outreach site Herschel Space Observatory, https://herscheltelescope.org.uk/
Herschel, à l'aube d'une révolution. Le plus grand télescope jamais envoyé dans l'espace.https://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/activites-du-cea/projet-labo-installation/telescope-herschel-aube-revolution.aspx
Herschel reveals how most stars formed in the Universe (2011) https://sci.esa.int/web/herschel/-/49186-herschel-reveals-how-most-stars-formed-in-the-universe
Naissance des étoiles : la plupart des galaxies n'enfantent pas dans la douleur http://www.herschel.fr/Phocea/Vie_des_labos/News/index.php?id_news=183
