Les superamas d'étoiles sont des groupes de centaines de milliers de très jeunes étoiles emballées dans un volume incroyablement petit. Ils représentent les environnements les plus extrêmes dans lesquels les étoiles et les planètes peuvent se former.
Jusqu'à présent, les amas de super-étoiles n'existaient que très loin, principalement en paires ou en groupes de galaxies en interaction. Maintenant, cependant, une équipe d'astronomes européens [1] a utilisé les télescopes de l'ESO pour découvrir un tel objet monstre dans notre propre galaxie, la Voie lactée, presque, mais pas tout à fait, dans notre propre arrière-cour!
La structure massive nouvellement trouvée est cachée derrière un grand nuage de poussière et de gaz et c'est pourquoi il a fallu si longtemps pour dévoiler sa vraie nature. Il est connu comme «Westerlund 1» et est mille fois plus proche que tout autre amas de super étoiles connu jusqu'à présent. Il est suffisamment proche pour que les astronomes puissent maintenant sonder sa structure en détail.
Westerlund 1 contient des centaines d'étoiles très massives, dont certaines brillent avec une brillance de près d'un million de soleils et quelque deux mille fois plus grandes que le Soleil (aussi grandes que l'orbite de Saturne)! En effet, si le Soleil était situé au cœur de cet amas remarquable, notre ciel serait rempli de centaines d'étoiles aussi brillantes que la pleine Lune. Westerlund 1 est un laboratoire naturel des plus uniques pour l'étude de la physique stellaire extrême, aidant les astronomes à découvrir comment les étoiles les plus massives de notre Galaxie vivent et meurent.
D'après leurs observations, les astronomes concluent que cet amas extrême contient probablement pas moins de 100 000 fois la masse du Soleil, et toutes ses étoiles sont situées dans une région de moins de 6 années-lumière de diamètre. Westerlund 1 semble donc être le groupe de jeunes compacts le plus massif encore identifié dans la galaxie de la Voie lactée.
Super Star Clusters
Les étoiles naissent généralement en petits groupes, principalement dans ce qu'on appelle des «grappes ouvertes» qui contiennent généralement quelques centaines d'étoiles. À partir d'un large éventail d'observations, les astronomes infèrent que le Soleil lui-même est né dans un tel amas, il y a environ 4500 millions d'années.
Dans certaines galaxies actives ("starburst"), les scientifiques ont observé des épisodes violents de formation d'étoiles (voir, par exemple, ESO Press Photo 31/04), conduisant au développement de superamas d'étoiles, contenant chacun plusieurs millions d'étoiles.
De tels événements étaient évidemment courants au cours de l'enfance de la Voie lactée, il y a plus de 12 000 millions d'années: les nombreux amas globulaires galactiques - qui sont presque aussi vieux que notre Galaxie (par exemple ESO PR 20/04) - sont en effet considérés comme les vestiges des premiers super grappes d'étoiles.
Tous les amas de super étoiles observés jusqu'ici dans les galaxies à éclat d'étoiles sont très éloignés. Il n'est pas possible de distinguer leurs étoiles individuelles, même avec la technologie la plus avancée. Cela complique considérablement leur étude et les astronomes sont donc depuis longtemps impatients de trouver de tels amas dans notre quartier afin de sonder leur structure de manière beaucoup plus détaillée.
Aujourd'hui, une équipe d'astronomes européens [1] a finalement réussi à le faire, en utilisant plusieurs des télescopes de l'ESO à l'observatoire de La Silla (Chili).
Westerlund 1
L'amas ouvert Westerlund 1 est situé dans la constellation du sud Ara (la constellation de l'autel). Il a été découvert en 1961 en Australie par l'astronome suédois Bengt Westerlund, qui a ensuite déménagé pour devenir directeur de l'ESO au Chili (1970 - 74). Cet amas se trouve derrière un énorme nuage interstellaire de gaz et de poussière, qui bloque la majeure partie de sa lumière visible. Le facteur de gradation est supérieur à 100 000 - et c'est pourquoi il a fallu si longtemps pour découvrir la véritable nature de ce cluster particulier.
En 2001, l'équipe d'astronomes a identifié plus d'une douzaine d'étoiles massives extrêmement chaudes et particulières dans l'amas, appelées étoiles «Wolf-Rayet». Ils ont depuis étudié de manière approfondie Westerlund 1 avec divers télescopes ESO.
Ils ont utilisé des images du Wide Field Imager (WFI) attaché à l'ESO / MPG de 2,2 m ainsi que de la caméra SUperb Seeing Imager 2 (SuSI2) sur le télescope ESO 3,5 m de nouvelle technologie (NTT). À partir de ces observations, ils ont pu identifier environ 200 étoiles membres de l'amas.
Pour établir la véritable nature de ces étoiles, les astronomes ont ensuite effectué des observations spectroscopiques d'environ un quart d'entre elles. Pour cela, ils ont utilisé le spectrographe Boller & Chivens sur le télescope ESO de 1,52 m et l'instrument multimode ESO (EMMI) sur le NTT.
Un zoo exotique
Ces observations ont révélé une grande population d'étoiles très brillantes et massives, assez extrêmes. Certains rempliraient l'espace du système solaire à l'intérieur de l'orbite de Saturne (environ 2 000 fois plus grande que le Soleil!), D'autres sont aussi brillants qu'un million de soleils.
Westerlund 1 est évidemment un fantastique zoo stellaire, avec une population des plus exotiques et une véritable aubaine astronomique. Toutes les étoiles identifiées sont évoluées et très massives, couvrant toute la gamme des bizarreries stellaires des étoiles Wolf-Rayet, des supergiants OB, des hypergiants jaunes (presque aussi brillants qu'un million de soleils) et des variables bleues lumineuses (similaires à l'objet Eta Carinae exceptionnel - voir ESO PR 31/03).
Jusqu'à présent, toutes les étoiles analysées à Westerlund 1 pèsent au moins 30 à 40 fois plus que le Soleil. Parce que ces étoiles ont une vie plutôt courte - astronomiquement parlant - Westerlund 1 doit être très jeune. Les astronomes déterminent un âge compris entre 3,5 et 5 millions d'années. Ainsi, Westerlund 1 est clairement un cluster «nouveau-né» dans notre galaxie!
Le cluster le plus massif
Westerlund 1 est incroyablement riche en étoiles monstres - à titre d'exemple, il contient autant d'hypergiants jaunes que ceux connus jusqu'à présent dans toute la Voie lactée!
"Si le Soleil était situé au cœur de Westerlund 1, le ciel serait plein d'étoiles, beaucoup plus lumineuses que la pleine Lune", commente Ignacio Negueruela de l'Université d'Alicante en Espagne et membre de l'équipe.
La grande quantité d'étoiles très massives implique que Westerlund 1 doit contenir un grand nombre d'étoiles. «Dans notre galaxie, explique Simon Clark de l'University College de Londres (Royaume-Uni) et l'un des auteurs de cette étude,« il y a plus de 100 étoiles de type solaire pour chaque étoile pesant 10 fois plus que le Soleil. Le fait que nous voyons des centaines d'étoiles massives dans Westerlund 1 signifie qu'il contient probablement près d'un demi-million d'étoiles, mais la plupart d'entre elles ne sont pas assez brillantes pour regarder à travers le nuage obscurci de gaz et de poussière ». C'est dix fois plus que tout autre jeune groupe connu de la Voie lactée.
Westerlund 1 est vraisemblablement beaucoup plus massif que les amas denses d'étoiles lourdes présents dans la région centrale de notre Galaxie, comme les amas d'Arches et de Quintuplet. D'autres observations en infrarouge profond seront nécessaires pour le confirmer.
Ce super amas d'étoiles offre désormais aux astronomes une perspective unique vers l'un des environnements les plus extrêmes de l'Univers. Westerlund 1 offrira certainement de nouvelles opportunités dans la quête de longue date de détails plus détaillés sur la façon dont les étoiles, et en particulier les plus massives, se forment.
… Et le plus dense
Le grand nombre d'étoiles de Westerlund 1 n'était pas la seule surprise qui attendait Clark et ses collègues. À partir de leurs observations, les membres de l'équipe ont également constaté que toutes ces étoiles sont emballées dans un volume d'espace incroyablement petit, en fait moins de 6 années-lumière de diamètre. En fait, cela est plus ou moins comparable à la distance de 4 années-lumière de l'étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri!
C'est incroyable: la concentration dans Westerlund 1 est si élevée que la séparation moyenne entre les étoiles est assez similaire à celle du système solaire.
«Avec autant d'étoiles dans un si petit volume, certaines d'entre elles peuvent entrer en collision», envisage Simon Clark. «Cela pourrait conduire à la formation d'un trou noir de masse intermédiaire plus massif que 100 masses solaires. Il se pourrait bien qu'un tel monstre se soit déjà formé au cœur de Westerlund 1. »
L'énorme population d'étoiles massives de Westerlund 1 suggère qu'elle aura un impact très important sur son environnement. L'amas contient tellement d'étoiles massives qu'en l'espace de moins de 40 millions d'années, il sera le site de plus de 1 500 supernovae. Un gigantesque feu d'artifice qui pourrait conduire une fontaine de matière galactique!
Étant donné que Westerlund 1 est à une distance d'environ 10 000 années-lumière seulement, les caméras haute résolution telles que NAOS / CONICA sur le très grand télescope d'ESO peuvent résoudre ses étoiles individuelles. De telles observations commencent maintenant à révéler des étoiles plus petites dans Westerlund 1, dont certaines sont moins massives que le Soleil. Les astronomes pourront ainsi bientôt étudier en profondeur ce zoo galactique exotique.
Plus d'information
La recherche présentée dans ce communiqué de presse de l'ESO paraîtra bientôt dans la principale revue de recherche Astronomie et astrophysique («Sur la population stellaire massive du Super Star Cluster Westerlund 1» par J.S. Clark et ses collègues). Le fichier PDF est disponible sur le site Web A&A. Un deuxième article («D'autres étoiles de Wolf-Rayet dans l'amas d'étoiles Westerlund 1», par Ignacio Negueruela et Simon Clark) sera également bientôt publié dans Astronomy and Astrophysics. Il est disponible sous la forme astro-ph / 0503303.
Un communiqué de presse espagnol publié par l'Université d'Alicante est disponible sur le site Web d'Ignacio Negueruela.
Remarque
[1]: L'équipe est composée de Simon Clark (University College London, UK), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spain), Paul Crowther (University of Sheffield, UK), Simon Goodwin (University of Wales, Cardiff, UK) , Rens Waters (Université d'Amsterdam) et Sean Dougherty (Dominion Radio Astrophysical Observatory).
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
