Les amas globulaires sont des groupes d’étoiles (amas stellaires) très denses généralement répartis autour des galaxies. Les amas globulaires les plus importants se trouvent dans le halo galactique des galaxies géantes ; et, bien qu’ils soient étudiés depuis plusieurs années, leur mécanisme de formation est encore peu connu. Récemment, une équipe d’astrophysiciens a mis en évidence l’un des mécanismes de formation. Des résultats qui devraient permettre de mieux comprendre l’évolution des galaxies géantes.
Une étude dirigée par Jeremy Lim et Emily Wong, du Département de physique de l’Université de Hong Kong (HKU), utilisant des données du télescope spatial Hubble, a fourni des résultats importants concernant l’origine de certains amas globulaires autour de galaxies géantes au centre des amas de galaxies. La recherche a été publiée dans la revue Nature Astronomy.
Les amas globulaires sont les objets visibles les plus anciens de l’univers. Chacun contient des centaines de milliers à des millions d’étoiles, toutes nées à peu près au même moment, et très compactes dans un volume sphérique dont le diamètre est mille fois inférieur à celui de notre galaxie. Les astrophysiciens pensent que les amas globulaires se sont formés peu de temps après le début de l’Univers, il y a près de 13.8 milliards d’années, en même temps que les premières galaxies, voire peut-être même avant.
Depuis lors, ils sont restés pratiquement inchangés, mis à part le vieillissement et la mort de leurs étoiles constitutives. Anciens témoins immaculés de la formation des galaxies, les amas globulaires pourraient fournir des indications essentielles sur la formation et la croissance des galaxies au fil du temps. Notre galaxie est entourée d’environ 150 amas de ce type, dont certains sont visibles à l’œil nu.
Amas de galaxies, galaxies géantes et amas globulaires
Les plus grandes galaxies sont entourées par des amas bien plus nombreux. Les plus grands ensembles d’amas globulaires, en comptant plus de dix à vingt mille, se trouvent autour de galaxies géantes, au centre des amas de galaxies. Les amas de galaxies contiennent des centaines à des milliers de galaxies liées par la gravité et sont infusés par des gaz chauds (jusqu’à dix fois plus chauds que le centre du Soleil).
L’équipe de recherche a découvert que les amas globulaires autour de la galaxie géante au centre de l’amas de Persée ne sont pas tous des objets anciens : quelques milliers se sont formés au moins au cours du dernier milliard d’années, et peut-être bien plus au cours de l’histoire cosmique. Les amas globulaires plus jeunes sont étroitement associés à, et sont donc nés dans, un réseau filamentaire complexe de gaz froid qui s’étend jusqu’aux confins de la galaxie géante.
Un réseau de filaments de gaz froid à l’origine des amas globulaires
Ce gaz froid se serait précipité à partir du gaz chaud qui infuse l’intégralité de l’amas de galaxies de Persée. La densité du gaz chaud, et donc la vitesse à laquelle ce gaz se refroidit, augmente rapidement vers le centre de l’amas de galaxies.
Après leur formation, les amas globulaires ne sont plus liés au réseau de gaz froid. En revanche, les plus anciens amas globulaires sont répartis au hasard dans la galaxie géante, en raison de la dispersion aléatoire au cours de leurs orbites autour de la galaxie géante.
Cette découverte remarquable explique un certain nombre d’aspects intrigants sur les amas globulaires autour de galaxies géantes. Le premier est leur nombre : il est évident qu’une fraction des amas globulaires autour des galaxies géantes s’est formée au cours de l’histoire cosmique à partir du gaz qui infuse les amas de galaxies.
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Deuxièmement, la gamme particulièrement large de couleurs présentée par les amas globulaires autour des galaxies géantes. Les couleurs des amas globulaires changent progressivement du bleu au rouge en vieillissant (car les étoiles les plus massives et les plus bleues meurent en premier, laissant ainsi des étoiles moins massives et plus rouges), et donc leur large gamme d’âges donne une grande diversité de couleurs.
Un mécanisme de formation commun à tous les amas globulaires
Les amas globulaires qui se sont formés à partir du réseau de gaz froid situé au centre de l’amas de galaxies de Persée couvrent un large éventail de masses, mais leur nombre diminue vers les masses plus élevées. Cette relation numérique suit la même tendance que les véritables amas globulaires anciens, ainsi que les amas stellaires moins massifs de notre galaxie et d’autres galaxies spirales.
Montrant ainsi un mécanisme de formation commun pour les amas stellaires sur toutes les échelles de masse (à partir de dix masses solaires, jusqu’à ceux faisant environ dix millions de masses solaires), quel que soit l’environnement dans lequel ils se sont formés, qu’il s’agisse de gaz comprimé dans les bras spiraux des galaxies ou de gaz dense au centre des amas de galaxies.
La formation soutenue d’amas globulaires au centre des amas de galaxies aide à expliquer un autre aspect déroutant des galaxies géantes : leur taille énorme, jusqu’à dix fois supérieure à celle de notre galaxie.
Alors que les amas globulaires les plus massifs dureront longtemps, les amas moins massifs devraient se déchirer lors de leur orbite autour de la galaxie : leurs étoiles constitutives, réparties dans la galaxie géante au centre de l’amas galactique, contribuent à la croissance en taille de ces galaxies au fil du temps.
Une galaxie est une grande structure cosmique composée d'un
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