Notre Voie lactée est hérissée de nuages moléculaires géants donnant naissance à des étoiles. Sur la base de ce que nous voyons ici, les astronomes supposent que le processus de création d’étoiles se déroule de la même manière dans d’autres galaxies. Cela a du sens puisque leurs étoiles doivent se former d’une manière ou d’une autre. Aujourd’hui, grâce à JWST, les astronomes ont repéré des bébés objets stellaires dans une galaxie située à 2,7 millions d’années-lumière. Cela représente des millions d’années-lumière de plus que toutes les observations précédentes d’étoiles en formation.
Les cibles des observations de JWST sont les « jeunes objets stellaires » (YSO) dans la galaxie du Triangle (M33). Les astronomes ont utilisé l’imageur infrarouge moyen (MIRI) du télescope pour étudier une section de l’un des bras spiraux de M33 dans le cadre de la chasse aux YSO. Ils ont trouvé 793 de ces bébés étoiles cachés dans d’énormes nuages de gaz et de poussière. Il s’agit d’une découverte importante, qui indique que les processus de naissance des étoiles que nous connaissons si bien dans notre galaxie se produisent comme nous l’espérons dans d’autres.
À propos des jeunes objets stellaires
Pour replacer cette découverte dans un certain contexte, examinons un peu plus en détail les jeunes objets stellaires. D’une manière générale, ce sont simplement des étoiles dans les premières phases de leur évolution. La naissance des étoiles commence lorsque les matériaux d’un nuage moléculaire géant commencent à « s’agglutiner » par gravité. La partie la plus dense de la touffe devient plus dense, les températures augmentent et finalement, elle commence à briller.
Les jeunes objets stellaires peuvent être des protoétoiles qui balayent encore la masse de leurs nuages moléculaires géants. Ce ne sont pas encore des étoiles, c’est-à-dire qu’ils n’ont pas encore déclenché la fusion dans leur noyau. Cela n’arrivera pas avant peut-être un demi-milliard d’années (plus ou moins, selon la masse).
Une fois l’arrivée de gaz sur un noyau stellaire infantile terminé, l’objet devient un objet stellaire de pré-séquence principale. Ce n’est toujours pas officiellement une star. Cela se produit lorsque la fusion s’enflamme à l’intérieur de l’étoile. Elle devient alors une étoile de la séquence principale. Généralement, il a effacé une grande partie de son nuage de naissance, ce qui le rend plus facile à observer.
Détection des étoiles nouvellement formées
Les étoiles aux premiers stades de leur formation sont difficiles à observer, même dans notre galaxie. D’une part, leurs nuages de naissance cachent ces étoiles naissantes. Il est donc très difficile de les détecter à la lumière visible. Mais une fois qu’ils sont suffisamment chauds pour briller, ils émettent un rayonnement infrarouge. Avec les bons instruments, les astronomes peuvent facilement détecter cette lumière. La lumière infrarouge est le principal outil utilisé par les astronomes pour rechercher les zones où les étoiles commencent tout juste à se former.
En grandissant, les jeunes objets stellaires émettent souvent des jets de matière. Ces avions se distinguent par leurs émissions radio, qui peuvent également être détectées assez facilement. Ces bébés étoiles rejettent également de la matière dans des flux sortants de matière appelés flux bipolaires. Les astronomes les détectent en recherchant des traces d’hydrogène moléculaire chaud ou de molécules chaudes de monoxyde de carbone – encore une fois, dans les longueurs d’onde infrarouges. Généralement, ces flux bipolaires émanent des objets les plus jeunes, âgés de moins de 10 000 ans.
De nombreuses jeunes étoiles sont entourées de disques circumstellaires. Ceux-ci font partie du nuage qui a formé l’étoile et continuent d’y alimenter de la matière. Finalement, ce disque devient le site de formation planétaire, c’est pourquoi les astronomes les appellent souvent « disques protoplanétaires » ou « proplydes ». Ces disques sont observés en lumière visible et infrarouge par divers observatoires au sol et spatiaux.
Toutes ces manifestations de la naissance des étoiles existent dans notre galaxie, en particulier dans les bras spiraux, et les astronomes en ont catalogué un grand nombre. L’un des exemples les plus connus est la nébuleuse d’Orion. Il héberge un certain nombre de ces enfants stellaires, ainsi que des disques protoplanétaires, des jets et des sorties bipolaires.
Un objet particulier, appelé YSO 244-440, fait partie de l’amas de nébuleuse d’Orion, un groupe de très jeunes étoiles. Cet enfant stellaire est toujours caché dans le disque circumstellaire qui lui a donné naissance. Plus tôt en 2023, des astronomes utilisant le Very Large Telescope au Chili ont annoncé avoir observé un jet émanant de cet objet.
De plus, les astronomes ont utilisé le télescope spatial Spitzer pour observer ces objets dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie Lactée. Ils ont repéré au moins un millier de candidats YSO dans les données Spitzer, ce qui leur a permis de retracer le processus de naissance des étoiles en dehors de notre Voie Lactée.
Trouver des étoiles nouvellement formées dans d’autres galaxies
Les astronomes veulent comprendre le processus de formation des étoiles dans d’autres galaxies, car chacune d’entre elles possède un environnement chimique et une histoire évolutive uniques. La formation des étoiles contribue à compléter l’histoire de l’évolution des galaxies. C’est pourquoi il est si important de rechercher des YSO dans d’autres galaxies.
Jusqu’à présent, rechercher des étoiles naissantes au-delà de notre voisinage galactique immédiat était presque impossible. Les repérer nécessite des capacités d’imagerie à très haute résolution et de détection infrarouge pour distinguer ces bébés étoiles de leurs nuages de naissance. Comme cela se produit dans la Voie Lactée, le nuage entourant les jeunes étoiles absorbe leurs émissions de lumière visible.
De plus, si vous en avez plusieurs dans un nuage, il peut être impossible de les distinguer les uns des autres à de grandes distances. Les télescopes tels que Spitzer, Herschel et les observatoires au sol n’ont pas la capacité haute résolution nécessaire pour détecter tous les YSO au-delà du Grand Nuage de Magellan.
C’est là que JWST s’avère utile. Il possède une capacité de haute résolution et est sensible à l’infrarouge, ce qui permet aux astronomes d’étudier les régions de formation d’étoiles à de plus grandes distances. C’est pourquoi une équipe d’observateurs a utilisé le télescope pour observer la galaxie du Triangle. Il est très similaire au Grand Nuage de Magellan en termes de nombre d’étoiles qu’il produit, de métallicité et de taille. Cependant, contrairement au LMC, M33 possède des bras spiraux gonflés qui abritent les régions de naissance des étoiles dans des nuages moléculaires géants. C’était donc une cible parfaite.
L’équipe a utilisé l’instrument MIRI pour examiner une section de 5,5 kiloparsecs des bras spiraux sud de M33. Ils ont utilisé des observations HST antérieures pour identifier les sites probables d’YSO dans le bras. Ensuite, ils ont concentré JWST sur ces sites. Le résultat est un énorme catalogue de près de 800 candidats YSO individuels qu’ils ont ensuite analysés.
Analyser les YSO dans la galaxie du Triangle
Après avoir trié les observations et classé ce qu’ils ont trouvé, les astronomes sont parvenus à des conclusions intéressantes sur la formation d’étoiles dans M33. Ils ont découvert que les nuages moléculaires géants les plus massifs hébergent un grand nombre de jeunes objets stellaires candidats.
Les chiffres sont à peu près similaires à ceux observés dans des nuages similaires dans la Voie Lactée. Le bras spiral qu’ils ont étudié semble avoir un mécanisme de formation d’étoiles très efficace, qui n’est pas nécessairement corrélé à la masse des nuages moléculaires géants qui s’y trouvent. Ils essaient encore de comprendre pourquoi le bras en spirale est un tel moteur de formation d’étoiles.
Il est possible que même avec JWST, nous n’observions pas les premières phases de formation d’étoiles dans cette section du bras spiral de la galaxie du Triangle. Il est également probable que les bras spiraux de M33 (qui sont décrits comme « floculants ») soient différents à plusieurs égards des bras spiraux de la Voie Lactée (par exemple).
La floculation pourrait être causée par de multiples épisodes de formation d’étoiles qui affectent la structure des nuages de gaz et de poussière à l’intérieur. Les bras spiraux de notre propre galaxie sont assez bien définis et certainement moins floculants que ceux de M33. Cela pourrait indiquer un changement évolutif qui se produirait alors qu’une galaxie poursuit ses activités de formation d’étoiles. Les astronomes suggèrent également que la région située entre les bras spiraux qu’ils ont étudiés dans M33 n’est pas aussi efficace en matière de production d’étoiles.
Puisqu’il s’agit d’un « premier aperçu » de la formation d’étoiles dans une galaxie lointaine, les astronomes utiliseront ces observations pour modéliser ce qu’ils pensent se produire dans M33. À terme, ils devraient être capables d’utiliser ce qu’ils ont appris pour faire des estimations très précises de l’ampleur de la formation d’étoiles dans la région qu’ils ont étudiée. Enfin, ils devraient pouvoir extrapoler ce taux de formation d’étoiles à d’autres armes de M33. Cela devrait leur donner un aperçu indispensable de l’état évolutif et de l’histoire de cette galaxie.