Une découverte dans une galaxie à plus de 12 milliards d’années-lumière – révèle comment l’élément de nos os est formé dans l’univers

Une nouvelle découverte met en lumière la façon dont le fluor – un élément présent dans nos os et nos dents comme le fluorure – se forme dans l’univers. Utilisation de la grande matrice millimétrique/mètre d’Atacama (Alma), où l’Observatoire européen austral (qui – qui) Partenaire, une équipe d’astronomes a découvert cet élément dans une galaxie si lointaine, dont la lumière a mis plus de 12 milliards d’années pour nous parvenir. C’est la première fois que le fluor est observé dans une galaxie de formation d’étoiles aussi éloignée.

déclare Maximilian Franco de l’Université du Hertfordshire au Royaume-Uni, qui a dirigé la nouvelle étude, qui est publiée aujourd’hui (4 novembre 2021) dans astronomie naturelle. Comme la plupart des éléments qui nous entourent, le fluor se forme à l’intérieur des étoiles, mais jusqu’à présent, nous ne savions pas exactement comment cet élément était produit. « Nous ne savions même pas quel type d’étoile produisait la majorité du fluor dans l’univers! »

Une nouvelle découverte, réalisée avec l’observatoire ALMA, dont l’ESO est partenaire, permet de mieux comprendre comment se forme le fluor dans l’univers. Découvrez-en plus sur cette découverte et son lien avec notre hygiène dentaire, dans ce résumé vidéo. Crédit : ESO

Franco et ses collaborateurs ont découvert du fluor (sous forme de fluorure d’hydrogène) dans de grands nuages ​​de gaz dans la lointaine galaxie NGP-190387, que nous voyons alors que l’univers n’avait que 1,4 milliard d’années, soit environ 10 % de son courant. âge. Puisque les étoiles expulsent les éléments qui les forment dans leur noyau lorsqu’elles atteignent la fin de leur vie, cette découverte signifie que les étoiles qui ont créé le fluor ont dû vivre et mourir rapidement.

L’équipe pense que les étoiles Wolf-Rayet, étoiles massives qui ne vivent que quelques millions d’années et un clin d’œil dans l’histoire de l’univers, sont très probablement les sites de production de fluor. Ils disent qu’ils sont nécessaires pour expliquer les quantités de fluorure d’hydrogène détectées par l’équipe. Les étoiles Wolf-Rayet ont déjà été suggérées comme sources possibles de fluor cosmique, mais les astronomes ne savaient pas encore à quel point elles étaient importantes pour la production de cet élément dans l’univers primitif.

Cette impression d’artiste montre le noyau brillant d’une étoile Wolf-Rayet entouré d’une nébuleuse de matière expulsée par l’étoile elle-même. Les étoiles Wolf-Rayet sont chaudes, massives et ont des durées de vie allant jusqu’à quelques millions d’années. On pense qu’ils se terminent par des explosions spectaculaires de supernova, éjectant les éléments formés dans leurs noyaux dans l’univers. Crédit : ESO/L. Calsada

« Nous avons montré que les étoiles Wolf-Wright, qui sont parmi les plus massives connues et peuvent exploser violemment lorsqu’elles atteignent la fin de leur vie, nous aident d’une manière ou d’une autre à maintenir une bonne santé dentaire! » blagues franquistes.

Outre ces étoiles, d’autres scénarios ont été avancés sur la façon dont le fluor a été produit et expulsé dans le passé. Un exemple est les impulsions d’étoiles géantes avancées avec des masses jusqu’à plusieurs fois la masse de notre Soleil, appelées étoiles géantes ramifiées asymptotiques. Mais l’équipe pense que ces scénarios, dont certains mettent des milliards d’années à se produire, n’expliquent peut-être pas entièrement la quantité de fluor contenue dans NGP-190387.

Cette animation nous emmène dans un voyage vers l’une des étoiles Wolf-Rayet dans NGP-190387, une galaxie si lointaine que sa lumière a mis plus de 12 milliards d’années pour nous atteindre. Les images au début de la vidéo sont de véritables observations astronomiques, tandis que la galaxie et son étoile Wolf Wright (trop loin d’être représentées clairement) sont représentées par l’animation des artistes. Les étoiles Wolf-Rayet sont chaudes et massives, avec une durée de vie de quelques millions d’années et se termineraient par des explosions de supernova. Des observations récentes d’ALMA ont détecté du fluor dans les nuages ​​de gaz de NGP-190387, ce qui en fait la détection la plus éloignée de cet élément dans la galaxie stellaire. Ce résultat suggère que les étoiles Wolf-Rayet à courte durée de vie peuvent former la majeure partie du fluor dans les galaxies. Crédit : ESO/L.Calsada/M. Kornmesser / Digitized Sky Survey 2 / N. Risinger (skysurvey.org)

« Pour cette galaxie, il a fallu des dizaines ou des centaines de millions d’années pour obtenir des niveaux de fluor similaires à ceux trouvés dans les étoiles de Voie LactéeQui a 13,5 milliards d’années. « C’était un résultat complètement inattendu », a déclaré Chiaki Kobayashi, professeur à l’Université du Hertfordshire. « Notre mesure ajoute une toute nouvelle limitation à l’origine du fluor, qui a été étudiée pendant deux décennies. »

Cette image en lumière visible à grand champ de la région du ciel a été créée à l’endroit où la lointaine galaxie NGP-190387 a été trouvée à partir des images de Digitized Sky Survey 2. La galaxie, qui est si lointaine, a mis plus de 12 milliards d’années pour sa lumière. pour nous rejoindre près du centre de Picture. Bien qu’elles ne soient pas visibles sur cette image, de nombreuses galaxies beaucoup plus proches peuvent être vues dans cette vue à grand champ. Crédit : ESO/Digitized Sky Survey 2, remerciement : Davide De Martin

La découverte à NGP-190387 représente l’une des premières découvertes de fluor en dehors de la Voie lactée et de ses galaxies voisines. Les astronomes ont déjà découvert cet élément dans des quasars lointains, des objets lumineux alimentés par des trous noirs supermassifs au centre de certaines galaxies. Mais cet élément n’a jamais été observé dans une galaxie en formation d’étoiles aussi tôt dans l’histoire de l’univers.

La découverte du fluor par l’équipe était une opportunité de découverte possible grâce à l’utilisation d’observatoires spatiaux et au sol. Détecté à l’origine avec l’observatoire spatial Herschel de l’Agence spatiale européenne et plus tard avec l’observatoire ALMA basé au Chili, NGP-190387 est exceptionnellement lumineux pour sa distance. Les données d’ALMA ont confirmé que l’extraordinaire luminosité de NGP-190387 est due en partie à une autre galaxie massive connue, située entre NGP-190387 et la Terre, qui est très proche de la ligne de mire. Cette galaxie massive a amplifié la lumière observée par Franco et ses collaborateurs, leur permettant de déterminer le faible rayonnement émis il y a des milliards d’années par le fluor à NGP-190387.

L’animation de cet artiste montre NGP-190387, une galaxie poussiéreuse en formation d’étoiles si lointaine, que sa lumière a mis plus de 12 milliards d’années pour nous atteindre. Les observations d’ALMA ont révélé la présence de fluor dans les nuages ​​de gaz de NGP-190387. À ce jour, il s’agit de la découverte la plus lointaine de l’élément dans la galaxie stellaire, que nous voyons seulement 1,4 milliard d’années après le Big Bang Environ 10% de l’âge actuel de l’univers. Cette découverte met en lumière la façon dont les étoiles forment le fluor, suggérant que les étoiles à courte durée de vie connues sous le nom de Wolf-Rayet peuvent former la majeure partie de la fluorescence dans les galaxies. Crédit : ESO/M. Kornmeiser

Les futures études de NGP-190387 avec l’Extremely Large Telescope (ELT) – le nouveau projet phare de l’ESO, en construction au Chili et dont les opérations devraient commencer plus tard cette décennie – pourraient révéler plus de secrets sur cette galaxie. « ALMA est sensible aux radiations des gaz et de la poussière interstellaire froide », explique Chentao Yang, boursier de l’ESO au Chili. « En utilisant l’ELT, nous pourrons observer NGP-190387 à travers la lumière directe des étoiles et obtenir des informations importantes sur le contenu stellaire de cette galaxie. »

Référence : « Intensification of Interstellar Interstellar Enrichment at z > 4 » 4 novembre 2021, astronomie naturelle.
DOI : 10.1038 / s41550-021-01515-9

Plus d’information

L’équipe se compose de M. Franco (Centre de recherche en astrophysique, Université de Hertfordshire, Royaume-Uni [CAR]), KE Coppin (CAR), JE Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), SC Chapman (Department of Physics and Atmospheric Sciences, Dalhousie University, Canada et National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada), C. Yang (European Southern Observatory, Chili), E. Physics and Astronomy, University of California, Irvine, USA), MG Michalowski (Astronomical Observatory Institute, College of Physics, Pologne)

L’Observatoire européen austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l’univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires de classe mondiale sur Terre – utilisés par les astronomes pour aborder des questions passionnantes et diffuser la magie de l’astronomie – et promouvoir la coopération internationale en astronomie. Fondée en tant qu’organisation intergouvernementale en 1962, l’ESO soutient aujourd’hui 16 États membres (Autriche, Belgique, République tchèque, Danemark, France, Finlande, Allemagne, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Espagne, Suède, Suisse et Royaume-Uni ), avec le Chili, pays hôte, et l’Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège, le centre d’accueil et le planétarium de l’ESO, ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d’Atacama, un endroit merveilleux avec des conditions uniques pour observer le ciel, abrite nos télescopes. L’ESO exploite trois sites de surveillance : La Silla, Paranal et Chajnantor. A Paranal, l’ESO . très grand télescope et un interféromètre d’un très grand télescope, ainsi que deux télescopes à balayage infrarouge et un télescope d’arpentage VLT en lumière visible. Également à Paranal de l’ESO, il hébergera et exploitera le télescope South Array Cherenkov, l’observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. En collaboration avec des partenaires internationaux, l’ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations de surveillance du ciel millimétriques et submillimétriques. A Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons le « plus grand œil du monde sur le ciel » – le Very Large Telescope de l’ESO. Depuis nos bureaux de Santiago, au Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et travaillons avec des partenaires et la communauté chilienne.

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation internationale d’astronomie, est un partenariat entre l’ESO, la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en collaboration avec la République du Chili. ALMA est financé par l’ESO au nom de ses États membres, par la NSF en collaboration avec le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et le ministère des Sciences et de la Technologie (MOST) et par NINS en collaboration avec l’Academia Sinica (AS) à Taïwan et l’Institut coréen d’astronomie et de sciences spatiales (KASI). La création et les opérations d’ALMA sont dirigées par l’ESO au nom de ses États membres ; Par l’Observatoire national de radioastronomie (NRAO), exploité par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l’Amérique du Nord; Et par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) au nom de l’Asie de l’Est. L’Observatoire conjoint ALMA (JAO) assure une direction et une gestion unifiées pour la construction, l’exploitation et l’exploitation d’ALMA.
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