Détection de nuages moléculaires à 8 milliards d'années-lumière
Publié par Redbran le 17/09/2019 à 14:00
Source: Observatoire de Paris
Une équipe internationale impliquant des chercheurs de l'Observatoire de Paris - PSL détecte des nuages moléculaires dans une galaxie située à 8 milliards d'années-lumière. Cette prouesse nous renseigne sur leurs propriétés physiques, très différentes des nuages que nous connaissons déjà dans notre proche environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) galactique. Ces travaux font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) d'un article qui parait dans la revue Nature Astronomy, le 16 septembre 2019.


Distribution du gaz moléculaire dans la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...) du Serpent Cosmique, distordue et amplifiée par lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.). Au centre, observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) obtenues avec le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet...), montrant les 4 images délimitées par la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), ligne critique de l'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) correspondant au redshift 1.036 de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.). A partir de ces 4 images, l'image de la galaxie non distordue est reconstituée, en haut à gauche. Les contours en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) indiquent l'intensité de la raie d'émission CO(4-3) observée avec ALMA. La taille du lobe ALMA (ellipse en jaune) est de 0.22'' x 0.18''. L'image de droite représente le zoom de l'image la plus au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) du Serpent, et les nuages moléculaire identifiés, dans l'espace (X,Y) et en vitesse (On distingue :) (Z). Grâce à l'alignement d'un objet massif (Le mot massif peut être employé comme :) entre l'observateur et l'objet lointain, les lentilles gravitationnelles produisent un effet de loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme la plus simple du microscope optique,...), et agrandissent considérablement l'objet lointain étudié. Cette résolution, encore améliorée grâce à l'interféromètre ALMA (résolution de 0.2'') a permis de caractériser les nuages de manière individuelle dans une galaxie lointaine, surnommée le "Serpent Cosmique", située à 8 milliards d'années-lumière.

Les nuages moléculaires sont bien connus au sein de notre galaxie, la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une...) ou dans les galaxies proches. Ensembles de gaz froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et dense, présents dans toutes les galaxies, ils sont le berceau de la formation des étoiles. Les amas d'étoiles sont formés via leur condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide). On peut expérimenter ce changement d'état...).

Une équipe internationale dirigée par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Genève (UNIGE) et impliquant des chercheurs français de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir...) - PSL, a pu détecter pour la première fois, avec une résolution jamais égalée, des nuages moléculaires dans une galaxie très lointaine, une "Voie Lactée en devenir" autrement dit.

Utilisation d'un télescope "naturel"

Jusqu'à présent, il était très difficile d'isoler les nuages dans les galaxies lointaines, par manque de résolution spatiale. Pour leurs travaux, les astronomes ont eu l'idée d'exploiter un télescope "naturel" - le phénomène de lentille gravitationnelle -, qu'ils ont couplé à l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) d'ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimiter Array), un interféromètre de 50 antennes radios (A supprimer) millimétriques qui a la capacité de reconstituer de manière instantanée l'image entière d'une galaxie.

Bien plus d'étoiles en formation

Ces observations ont révélé que les nuages moléculaires des galaxies lointaines avaient une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...), une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le...) et des turbulences de 10 à 100 fois plus élevées que les nuages des galaxies proches. Pourtant cette galaxie est "normale" pour son époque, et n'est pas sujette à une flambée de formation d'étoiles.

L'équipe internationale a aussi découvert que le niveau d'efficacité de formation d'étoiles au sein des nuages moléculaires du Serpent Cosmique est particulièrement élevé, favorisé par les grandes turbulences internes des nuages: dans les galaxies proches, un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère....) forme environ 5% de sa masse en étoiles; dans les galaxies lointaines, ce chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) grimpe à 30%.

Les astronomes attribuent ces différences aux conditions interstellaires ambiantes des galaxies lointaines, trop extrêmes pour la survie des nuages moléculaires typiques des galaxies proches.

La figure ci-dessous compare les densités de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) des nuages dans les galaxies proches, normales ou en mode "starbursts", avec celles des galaxies lointaines, qui se révèlent bien plus grandes.


Masse de gaz moléculaire en fonction du rayon des nuages identifiés dans la galaxie du Serpent Cosmique (points magenta), dans les galaxies quiescentes locales (points gris), les galaxies starbursts locales (cercles noirs pleins) et la galaxie SDP81 à z=3.042 (points bleus). Les lignes en pointillés magenta et bleu indiquent la gamme de masses de gaz moléculaire possibles du Serpent Cosmique et SDP81, respectivement, tels que déterminés avec deux facteurs extrêmes de conversion CO / H2, le facteur calibré dans la Voie lactée (4.36) et celui dans les starbursts (1.0). Les lignes noires indiquent des densités de surface du gaz moléculaire de, respectivement, 100 Msol/ pc2 (ligne continue), 1000 Msol/ pc2 (tirets) et 2600 Msol/ pc2 (pointillés). Les nuages à grand redshift ont des densités de surface de gaz beaucoup plus élevées que les nuages locaux typiques.

Référence:
- Molecular clouds in the Cosmic Snake, a normal star-forming galaxy 8 billion (Un billion (1 000 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf milliards neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent...) years ago, Dessauges-Zavadsky, M., Richard, J., Combes F. et al, 2019, Nature Astronomy
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