Des monstres célestes à l’origine des amas globulaires —

Les amas globulaires sont des groupements très denses d’étoiles réparties dans une sphère, avec un rayon variant d’une douzaine à une centaine d’années-lumière. Ils peuvent contenir jusqu’à 1 million d’étoiles et se trouvent dans tous les types de galaxies. La nôtre en abrite environ 180. L’un de leurs grands mystères est la composition de leurs étoiles : pourquoi est-elle si variée ? Par exemple, la proportion d’oxygène, d’azote, de sodium et d’aluminium varie d’une étoile à l’autre. Cependant, ils sont tous nés en même temps, dans le même nuage de gaz. Les astrophysiciens parlent d”’anomalies d’abondance”.

Des monstres aux vies très courtes

Une équipe des universités de Genève (UNIGE) et de Barcelone, et de l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS et Sorbonne Université) vient de faire une nouvelle avancée dans l’explication de ce phénomène. En 2018, elle avait développé un modèle théorique selon lequel des étoiles supermassives auraient “pollué” le nuage de gaz d’origine lors de la formation de ces amas, enrichissant leurs étoiles d’éléments chimiques de manière hétérogène. “Aujourd’hui, grâce aux données recueillies par le télescope spatial James-Webb, nous pensons avoir trouvé un premier indice de la présence de ces étoiles extraordinaires”, explique Corinne Charbonnel, professeure ordinaire au Département d’astronomie de l’UNIGE. Faculté des sciences et premier auteur de l’étude.

Ces monstres célestes sont 5 000 à 10 000 fois plus massifs et cinq fois plus chauds en leur centre (75 millions de °C) que le Soleil. Mais prouver leur existence est complexe. ”Les amas globulaires ont entre 10 et 13 milliards d’années, alors que la durée de vie maximale des superstars est de deux millions d’années. Ils ont donc disparu très tôt des amas actuellement observables. Il ne reste que des traces indirectes”, explique Mark Gieles, professeur ICREA à l’Université de Barcelone et co-auteur de l’étude.

Révélé par la lumière

Grâce à la vision infrarouge très puissante du télescope James-Webb, les co-auteurs ont pu étayer leur hypothèse. Le satellite a capté la lumière émise par l’une des galaxies les plus lointaines et les plus jeunes connues à ce jour dans notre Univers. Situé à environ 13,3 milliards d’années-lumière, GN-z11 n’a que quelques dizaines de millions d’années. En astronomie, l’analyse du spectre lumineux des objets cosmiques est un élément clé pour déterminer leurs caractéristiques. Ici, la lumière émise par cette galaxie a fourni deux précieuses informations.

”Il est établi qu’il contient de très fortes proportions d’azote et une très forte densité d’étoiles”, explique Daniel Schaerer, professeur associé au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et co-auteur de l’étude. Cela suggère que plusieurs amas globulaires se forment dans cette galaxie et qu’ils abritent toujours une étoile supermassive active. “La forte présence d’azote ne peut s’expliquer que par la combustion de l’hydrogène à des températures extrêmement élevées, que seul le cœur des étoiles supermassives peut atteindre, comme le montrent les modèles de Laura Ramirez-Galeano, étudiante en Master dans notre équipe”, ‘ explique Corinne Charbonnel.

Ces nouveaux résultats renforcent le modèle de l’équipe internationale. Le seul actuellement capable d’expliquer les anomalies d’abondance dans les amas globulaires. La prochaine étape pour les scientifiques sera de tester la validité de ce modèle sur d’autres amas globulaires se formant dans des galaxies lointaines, en utilisant les données de James-Webb.