Étoiles de l’ancien amas trouvés dans la Voie lactée

On pense que des galaxies comme la Voie lactée ont été construites par une série de fusions, attirant des galaxies et des groupes d’étoiles plus petits et faisant de ces étoiles étrangères les leurs. Dans certains cas, les fusions étaient suffisamment récentes pour que nous puissions encore détecter le corps auparavant indépendant en tant que groupe d’étoiles en orbite autour de la Voie lactée. Mais, au fil du temps, les interactions avec le reste des étoiles de la Voie lactée perturberont lentement toutes les structures que l’amas abrite.

Il est donc surprenant que les chercheurs aient trouvé ce qui semble être les restes d’un amas globulaire de certaines des étoiles les plus anciennes. La découverte est cohérente avec le modèle de « croissance par fusion » de la construction des galaxies, mais elle soulève des questions sur la façon dont la masse restera intacte aussi longtemps qu’elle le sera.

Exploration de données Gaia

Les résultats ont commencé par une analyse des données de l’Agence spatiale européenne Mission Gaïa, qui vise à faire au moins une carte de la Voie lactée en trois dimensions. Gaia a photographié près d’un milliard d’objets des dizaines de fois, ce qui est suffisant pour estimer leur emplacement et leur mouvement autour du cœur de la Voie lactée. Cette carte a aidé les scientifiques à identifier les structures au sein de notre galaxie en se basant sur le fait qu’il existe des amas d’étoiles qui sont non seulement physiquement proches les uns des autres, mais qui se déplacent tous dans la même direction.

L’exploration de données Gaia pour ces types de structures est si utile qu’il existe un algorithme logiciel appelé STREAMFINDER qui les définit. Ce programme a conduit à la découverte du flux stellaire C-19, un groupe d’étoiles se déplaçant ensemble à travers le halo de la Voie lactée.

Une façon de vérifier si ces groupes d’étoiles ont vraiment commencé dans le cadre d’un seul groupe est de vérifier leur âge. Les amas sont souvent constitués d’étoiles d’âges similaires. Une façon de savoir si des étoiles se forment en même temps est de vérifier le contenu des éléments plus lourds. Il y avait peu d’éléments plus lourds que l’hélium pendant le Big Bang, de sorte que la plupart des éléments les plus lourds existants provenaient désormais d’étoiles antérieures. Plus l’étoile s’est formée tard dans l’histoire de l’univers, plus l’étoile contiendrait probablement ces éléments plus lourds.

(Les astronomes appellent tout élément plus lourd que l’hélium un métal et se réfèrent à la teneur en éléments lourds de l’étoile comme un métal. Mais cela risque de semer la confusion chez la plupart des non-astronomes, nous allons donc l’éviter.)

Ainsi, les astronomes à l’origine du nouveau travail ont mesuré les niveaux d’éléments lourds dans les étoiles qui appartenaient au courant C-19. À l’exception d’un membre, ils étaient tous exactement les mêmes, indiquant que le ruisseau est en fait le vestige perturbateur d’un groupe. Mais les résultats contenaient également une surprise : une quantité remarquablement faible d’éléments lourds.

Histoire ancienne

La façon typique d’enregistrer les éléments lourds est le rapport entre le fer (qui ne se forme que tard dans la vie d’une étoile massive) et l’hydrogène. L’hydrogène a toujours été l’élément le plus abondant dans l’univers, tandis que les niveaux de fer se sont lentement accumulés au fil du temps. Ainsi, plus le rapport fer/hydrogène est élevé, plus l’étoile s’est formée récemment.

Dans le cas du flux C-19, le ratio était très faible. Si bas que les étoiles C-19 se sont formées il y a 3 milliards d’années après le Big Bang, ou lorsque l’univers n’avait qu’environ un quart de son âge actuel. Il est possible qu’ils se soient formés un peu plus tôt.

Dans la Voie lactée, quelques centaines d’étoiles avec des niveaux d’éléments lourds tout aussi faibles ont été identifiées. Mais aucun amas n’a jamais été vu dans lequel chaque étoile est à un niveau aussi bas. En fait, avant cette découverte, on pensait que les amas de la Voie lactée contenaient des éléments lourds de la Terre, tous ayant des niveaux plus élevés que ceux observés dans le flux C-19. Cela était vrai malgré le fait que sur la base de la distribution des groupes connus, nous nous attendrions à environ cinq niveaux avec des éléments lourds similaires à ceux du flux C-19.

L’absence d’autres amas suggère que la plupart des premiers amas comme ce flux étaient déjà tellement perturbés qu’ils se sont estompés dans l’arrière-plan des étoiles de la Voie lactée. Ce qui soulève la question de savoir pourquoi il n’y a pas de flux C-19. Ceci est particulièrement inattendu puisque l’orbite du courant autour du noyau galactique l’enfonce plus profondément dans la Voie lactée, ce qui lui donne de nombreuses opportunités de s’engager dans des interactions avec d’autres fonctionnalités qui devraient la désactiver.

Une possibilité qui pourrait expliquer cela est que l’amas est entré à l’origine dans la Voie lactée en tant que partie d’une galaxie naine qui a été engloutie. La structure de la galaxie naine pourrait fournir un certain degré de protection jusqu’à ce qu’elle s’écrase et que ses étoiles soient dispersées à travers la Voie lactée. Et si cela est vrai, la masse qui a donné naissance au flux C-19 contenait une grande partie des étoiles de la galaxie naine à cette époque.

Peu importe comment nous l’expliquons, la présence du flux C-19 nous apprend des choses sur l’histoire de l’univers. Les auteurs concluent : « La présence de C-19 prouve à elle seule que des amas globulaires auraient dû être capables de se former dans les environnements à faible teneur en minéraux où les premières structures galactiques devaient s’agréger. »

Nature, 2022. DOI : 10.1038 / s41586-021-04162-2 (À propos des DOI).