Deux jours après la fête nationale, l’European Southern Observatory dévoile son « feu d'artifice galactique » avec des images « époustouflantes » de pouponnières d'étoiles dans des galaxies voisines. Elles permettent d’améliorer nos connaissances de l’Univers et des mécanismes de formation des étoiles.

Nos connaissances de l’espace sont à la fois grandes et pleines de lacunes. Un exemple parlant est certainement la matière et l’énergie noires qui restent invisibles à nos yeux pour le moment, alors qu’elles compteraient pour 95 % dans la composition de l’Univers (contre 5 % seulement pour la matière ordinaire).

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Les questions en suspens sur la naissance des étoiles

Si le principe de formation des étoiles est connu – elles naissent dans des nuages de gaz – ce qui déclenche ce phénomène reste encore « un mystère » pour les astronomes, comme le rappelle l’European Southern Observatory (ESO). Une organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe soutenue par 16 pays, dont la France.

Kathryn Kreckel (Université de Heidelberg en Allemagne et membre de l'équipe Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS, PHANGS) précise certains des mystères que les astronomes aimeraient élucider : « Les étoiles naissent-elles plus souvent dans des régions spécifiques de leurs galaxies hôtes – et, si oui, pourquoi ? Et après la naissance des étoiles, comment leur évolution influence-t-elle la formation de nouvelles générations d'étoiles ? ».

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Pour tenter de mieux comprendre ce processus, « une équipe de chercheurs a observé diverses galaxies proches avec de puissants télescopes au sol et dans l'espace, balayant les différentes régions galactiques impliquées dans la naissance des étoiles ». 

La MUSE des astronomes

Cette campagne de mesures multiples permet, « pour la première fois » selon Eric Emsellem (astronome de l'ESO et responsable des observations du VLT dans le cadre du projet PHANGS), d’observer « des groupes d’étoiles qui se forment sur une grande variété de lieux et d'environnements avec un échantillon qui représente bien les différents types de galaxies ». « Nous pouvons observer directement le gaz donnant naissance aux étoiles, nous voyons les jeunes étoiles elles-mêmes, et nous assistons à leur évolution sur différentes phases », ajoute-t-il.

Son équipe vient ainsi de publier les dernières séries de relevés galactiques réalisés via l’instrument MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO dans le désert d'Atacama au Chili. Ils peuvent ainsi « suivre les étoiles naissantes et le gaz chaud qui les entoure » ; lorsque ce dernier est chauffé et s’illumine, c’est le signe de la formation des étoiles.

Galaxie NGC 3627 à 31 millions d’années-lumière vue par MUSE à gauche puis avec ALMA à droite

ALMA et Hubble sont aussi de la partie

Les données de MUSE sont combinées aux observations des mêmes galaxies réalisées par un autre instrument partenaire de l’ESO : ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimiter Array), qui est « particulièrement bien adapté à la cartographie des nuages de gaz froid ».

MUSE a ainsi observé pas moins de 30 000 nébuleuses de gaz chaud et a recueilli environ 15 millions de spectres de différentes régions galactiques. L’ESO explique qu’il s’agit de « "codes-barres" que les astronomes scannent pour dévoiler les propriétés et la nature des objets cosmiques ».

De leur côté, les observations d’ALMA ont permis de cartographier environ 100 000 régions de gaz froid dans pas moins de 90 galaxies proches, « produisant un atlas d'une précision sans précédent des pouponnières stellaires de l'Univers proche ». Ces relevés ont déjà été publiés plus tôt cette année. 

Des données du télescope Hubble sont également de la partie. Pour rappel, il est pour le moment en panne (les instruments sont en mode sans échec), mais la NASA pense avoir identifié la source du problème et une solution de contournement est en cours de déploiement. Nous saurons dans quelques jours si elle est ou non efficace.

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Galaxie NGC 1300 à 61 millions d’années-lumière vue par MUSE à gauche puis avec ALMA à droite

On mélange le tout, et hop !

Avec cette combinaison, « les astronomes peuvent examiner les régions galactiques où les étoiles se forment, par rapport à celles où elles devraient se former, afin de mieux comprendre ce qui déclenche, stimule ou retarde la naissance de nouveaux soleils », explique l’European Southern Observatory.

En effet, « les différents observatoires ont été sélectionnés pour permettre à l'équipe de balayer nos voisins galactiques dans différentes longueurs d'onde (visible, proche infrarouge et radio), chaque gamme de longueurs d'onde dévoilant des parties distinctes des galaxies observées ». 

Cette combinaison permet d’observer les différents cycles de vie des étoiles : formation des pouponnières stellaires, début de la création des étoiles et destruction finale des pouponnières. Le travail d’équipe permet d’obtenir plus de détails que des observations individuelles. C’est également une collaboration internationale qui a par exemple permis de résoudre le mystère des aurores de rayons X sur Jupiter.

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Le jeu des 7 différences avec la galaxie NGC 430 

Voici un exemple des images avec la galaxie en spirale NGC 430 qui se trouve à 55 millions d’années-lumière de notre planète. Celle de gauche correspond aux données de l’instrument MUSE : « Les lueurs dorées correspondent principalement à des nuages de gaz ionisés d'hydrogène, d'oxygène et de soufre, marquant la présence d'étoiles nouvellement nées, tandis que les régions bleutées en arrière-plan révèlent la distribution des jeunes étoiles ».

Sur celle de droite, les données radio d'ALMA – en orange brunâtre – ont été superposées. Cela permet de révéler « les nuages froids de gaz moléculaire, pouponnières stellaires où les nouvelles étoiles prennent vie ».

Galaxie en spirale NGC 430 à 55 millions d’années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Vierge

L’ESO en profite pour ajouter que les images « sont époustouflantes et offrent un aperçu spectaculairement coloré des pouponnières d'étoiles dans nos galaxies voisines ».

De nombreux exemples ont été mis en ligne, avec des vidéos et des comparatifs. 

C’est bien, mais pas suffisant : JWT et ELT à la rescousse 

Dans le cadre du projet PHANGS, « c’est la première fois que nous sommes en mesure de constituer une représentation aussi complète, en réalisant des images suffisamment nettes pour voir de manière individuelle les nuages, les étoiles et les nébuleuses qui indiquent la formation d’étoiles », explique un membre de l’équipe.

Eva Schinnerer (Max Planck Institute et chercheuse principale du projet PHANGS) reconnait que, « la résolution des cartes que nous produisons est tout juste suffisante pour identifier et séparer les nuages de formation d'étoiles individuellement, mais pas assez bonne pour voir en détail ce qui se passe à l'intérieur […] Les nouveaux efforts d'observation de notre équipe et d'autres personnes repoussent les limites dans cette direction, nous avons donc des décennies de découvertes passionnantes devant nous ».

Bien évidemment, ces travaux seront affinés grâce aux prochains télescopes, notamment les James Webb et Extremely Large Telescope (ELT). Si le premier devrait décoller d’ici la fin de l’année, le second devra atteindre encore quelques années. Il sera alors « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel » selon ses concepteurs.