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Une étude détaillée de la galaxie des Chiens de Chasse (M 51) a complètement bouleversé les théories prédominantes à propos des propriétés des nuages moléculaires géants. L’étude, au cours de laquelle 1500 nuages moléculaires ont été observés, montre que ces nuages moléculaires se trouvent en fait entourés d'une brume d’hydrogène moléculaire beaucoup plus dense que supposait auparavant. Cette brume est présente dans l’ensemble du disque galactique. La pression exercée par cette brume se révèle être l’élément déterminant pour la formation stellaire au sein des nuages moléculaires. L’étude, menée par une équipe internationale, a été possible grâce aux radiotélescopes de l’Institut de Radioastronomie Millimétrique. Le résultat sera publié dans Astrophysical Journal le 10 décembre 2013.

L’hydrogène moléculaire dans la Galaxie des Chiens de Chasse. L’image de fond montre la Galaxie M51 prise par Hubble. Superposée, la couleur bleue montre la distribution des molécules d’hydrogène dans cette galaxie, éléments clés pour la formation stellaire. La couleur rouge montre la distribution des atomes d’hydrogène. Au cours de l’étude PAWS, 1500 nuages moléculaires ont été observés à l’aide des radiotélescopes de l’Institut de Radioastronomie Millimétrique. Crédit image optique: T. A. Rector (University of Alaska Anchorage)

La plupart des étoiles de notre galaxie naissent au sein de nuages moléculaires géants – des amas d’hydrogène qui ont entre un millier et plusieurs millions de fois la masse de notre soleil. Quand une partie d’un tel nuage s’effondre sous sa propre gravité, elle se contracte jusqu'au moment où la pression et la température sont assez élevées pour que les réactions de fusion nucléaire se mettent en route : une nouvelle étoile est née.

Pour la première fois, l’étude novatrice, nommé PAWS, met en question cette théorie classique sur la naissance des étoiles. Dans la ligne de mire des astronomes : la galaxie des Chiens de Chasse (M51) à une distance de plus de 23 millions d’années lumière de la Terre. Eva Schinnerer, leader de l’équipe, raconte : « Durant les quatre dernières années, nous avons obtenu la carte la plus complète jamais produite des nuages moléculaires géants dans une galaxie spirale semblable à notre Voie Lactée. Cela nous a permis de comparer la localisation des nuages moléculaires avec la présence de jeunes et vieilles étoiles à ces endroits. L’image que nous avons obtenue est très différente de ce que les astronomes attendaient. »

Annie Hughes, un autre membre de l’équipe continu : « Nous avions tendance à nous représenter les nuages moléculaires géants (qui constituent les réserves de gaz moléculaire d'une galaxie) en tant qu’objets isolés du milieu interstellaire. Mais notre étude montre que 50% de l’hydrogène moléculaire se trouve à l’extérieur des nuages, dans une brume diffuse qui englobe l'ensemble de la galaxie. »

Cette brume gazeuse joue un rôle important dans la formation des étoiles au sein des bras spiraux d’une galaxie qui se déplacent lentement au sein de cette galaxie, tels de petites vagues à la surface d’un lac – et au sein desquels la densité d’étoiles et du gaz est supérieure au reste du disque galactique. Sharon Meidt constate : « Les nuages que nous avons étudiés ne sont pas du tout isolés. Au contraire, les interactions entre les nuages, le brouillard et la structure de la galaxie semblent être la clé pour comprendre pourquoi les étoiles se forment ou non au sein de certains nuages. Quand les bras spiraux se déplacent dans cette brume moléculaire, ils ressentent une pression réduite, conformément au principe de Bernoulli, utilisé pour créer du vide avec des pompes à eau. La réduction de la pression externe empêche l'effondrement de ces nuages sous forme d'étoiles. »

La pression exercée par le brouillard sur les nuages moléculaires géants joue ainsi un rôle primordial dans la formation stellaire. La théorie courante selon laquelle seule la densité au sein d’un nuage moléculaire est responsable de la formation des étoiles doit être révisée. En effet, les bras spiraux d’une galaxie par exemple sont traditionnellement associés aux régions de surdensité où règne l'activité de formation stellaire principale. Cependant, l’étude menée par Eva Schinnerer et son équipe ne constate qu’une très faible activité de formation stellaire dans deux grandes portions des bras spiraux de la galaxie des Chiens de Chasse. Ils expliquent cette découverte par la réduction de pression externe que les nuages ressentent lorsqu'ils se déplacent dans le brouillard diffus.

Jérôme Pety, chercheur à l’Institut de Radioastronomie Millimétrique qui gère les radiotélescopes utilisés pour les observations, s’enthousiasme : « Voir nos radiotélescopes exploité à leur limite est très excitant. Une étude qui demande autant de temps d’observation à la fois avec notre interféromètre au Plateau de Bure pour détecter les détails cruciaux et avec notre télescope de 30 mètres en Espagne pour mettre ces détails dans leur contexte, n’aurait été possible nulle part ailleurs qu’à l’IRAM. »

Eva Schinnerer conclut : « Pour le moment, nous n’avons étudié que la galaxie des Chiens de Chasse en détail. La prochaine étape sera de vérifier si nos découvertes sont confirmées dans d’autres galaxies. Pour cela nous profiterons pleinement d'une part du projet NOEMA, formidable amélioration des capacités de l’observatoire du Plateau de Bure et d'autre part d’ALMA au Chili. Ces deux observatoires permettront des études encore plus détaillées des galaxies lointaines. »

Pour plus d'informations:

L'équipe PAWS: Eva Schinnerer (Principal investigator; Max Planck Institute for Astronomy [MPIA]), Dario Colombo (MPIA), Clare Dobbs (University of Exeter), Gaëlle Dumas (IRAM Grenoble), Santiago García-Burillo (Observatorio Astronómico Nacional, Madrid), Annie Hughes (MPIA), Carsten Kramer (IRAM Granada), Adam Leroy (National Radio Astronomy Observatory), Sharon Meidt (MPIA), Jerôme Pety (IRAM Grenoble), Karl Schuster (IRAM Grenoble), and Todd Thompson (Ohio State University).

The IRAM PAWS web page
 

Contacts scientifiques :
Jérôme Pety
(IRAM, LERMA/Observatoire de Paris, CNRS, Université de Cergy-Pontoise, Université Pierre et Marie Curie, ENS)
Tél. : 04 76 82 49 87

Karl Schuster
IRAM
Tél. : 04 76 82 49 08
 

Contact presse :
Karin Zacher
IRAM
Tél. : 04 76 82 21 03