Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Une équipe de recherche internationale va étudier les étoiles, les amas d’étoiles et la poussière qui se trouvent dans 19 galaxies proches.
Pour comprendre les galaxies, il faut comprendre comment les étoiles se forment. Plus de 100 chercheurs du monde entier ont collaboré pour rassembler des observations de galaxies spirales proches réalisées à l’aide des télescopes radio, visibles et ultraviolets les plus puissants du monde – auxquelles s’ajoutera bientôt une suite complète d’images infrarouges à haute résolution provenant de l’Observatoire de la Terre. NASA‘s Télescope spatial James Webb. Grâce à cet ensemble de données révolutionnaires, les astronomes pourront étudier les étoiles qui commencent à se former au sein de nuages de gaz sombres et poussiéreux, démêler le moment où ces étoiles naissantes soufflent le gaz et la poussière, et identifier les étoiles plus matures qui soufflent des couches de gaz et de poussière – tout cela pour la première fois dans un ensemble diversifié de galaxies spirales.
Cette image de la galaxie spirale NGC 3351 combine les observations de plusieurs observatoires pour révéler des détails sur ses étoiles et son gaz. Les observations radio du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) montrent le gaz moléculaire dense en magenta. L’instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) du Very Large Telescope met en évidence les endroits où les jeunes étoiles massives illuminent leur environnement, en rouge. Les images du télescope spatial Hubble mettent en évidence les couloirs de poussière en blanc et les étoiles nouvellement formées en bleu. Les images infrarouges haute résolution du télescope spatial Webb aideront les chercheurs à identifier les endroits où les étoiles se forment derrière la poussière et à étudier les premiers stades de la formation des étoiles dans cette galaxie. Crédit : Science : NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO ; traitement des images : Joseph DePasquale (STScI)
Les spirales sont parmi les formes les plus captivantes de l’univers. Elles apparaissent dans les coquillages complexes, les toiles d’araignée soigneusement construites, et même dans les boucles des vagues de l’océan. Les spirales à l’échelle cosmique – comme celles que l’on voit dans les galaxies – sont encore plus fascinantes, non seulement pour leur beauté, mais aussi pour la quantité écrasante d’informations qu’elles contiennent. Comment les étoiles et les amas d’étoiles se forment-ils ? Jusqu’à récemment, une réponse complète était hors de portée, bloquée par le gaz et la poussière. Au cours de sa première année d’exploitation, le télescope spatial James Webb de la NASA aidera les chercheurs à réaliser une esquisse plus détaillée du cycle de vie stellaire grâce à des images à haute résolution en lumière infrarouge de 19 galaxies.
Le télescope fournira également quelques “pièces de puzzle” clés qui manquaient jusqu’à présent. “Le JWST couvre un grand nombre de phases différentes du cycle de vie stellaire, le tout avec une résolution exceptionnelle”, a déclaré Janice Lee, responsable scientifique de l’Observatoire Gemini au NOIRLab de la National Science Foundation à Tucson, en Arizona. “Webb révélera la formation d’étoiles à ses tout premiers stades, juste au moment où le gaz s’effondre pour former des étoiles et réchauffe la poussière environnante.”
Lee est rejoint par David Thilker de l’Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland Kreckel de l’Université de Heidelberg en Allemagne, et 40 autres membres du programme d’étude multi-longueurs d’onde connu sous le nom de PHANGS (Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS). Leur mission ? Non seulement percer les mystères de la formation des étoiles grâce aux images infrarouges haute résolution de Webb, mais aussi partager les ensembles de données avec l’ensemble de la communauté astronomique pour accélérer les découvertes.
Les rythmes de la formation des étoiles
PHANGS est novateur, en partie parce qu’il a réuni plus de 100 experts internationaux pour étudier la formation des étoiles du début à la fin. Ils ciblent des galaxies visibles de face depuis la Terre et situées, en moyenne, à 50 millions d’années-lumière. Cette vaste collaboration a commencé par des images en lumière micro-onde de 90 galaxies provenant du réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili. Les astronomes utilisent ces données pour produire des cartes de gaz moléculaire afin d’étudier les matières premières de la formation d’étoiles. Une fois que le Très grand télescopeMulti Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), également situé au Chili, a été mis en ligne, ils ont obtenu des données connues sous le nom de spectres pour étudier les phases ultérieures de la formation d’étoiles de 19 galaxies, en particulier après que les amas d’étoiles se soient débarrassés du gaz et de la poussière à proximité. L’instrument spatial Télescope spatial Hubble a fourni des observations en lumière visible et ultraviolette de 38 galaxies pour ajouter des images à haute résolution d’étoiles individuelles et d’amas d’étoiles.
Cette image de la galaxie spirale NGC 1300 combine plusieurs observations pour cartographier les populations stellaires et le gaz. La lumière radio observée parLes données de l’instrument ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), représentées en jaune, mettent en évidence les nuages de gaz moléculaire froid qui fournissent la matière première à partir de laquelle les étoiles se forment. Les données de l’instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) du Very Large Telescope, représentées en rouge et en magenta, capturent l’impact des étoiles jeunes et massives sur le gaz qui les entoure. La lumière visible et ultraviolette captée par le télescope spatial Hubble met en évidence les couloirs de poussière en or et les étoiles très jeunes et chaudes en bleu. Les images infrarouges haute résolution du télescope spatial Webb aideront les chercheurs à identifier les endroits où les étoiles se forment derrière la poussière et à étudier les premiers stades de la formation des étoiles dans cette galaxie.
Crédits : Science : NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO ; traitement des images : Alyssa Pagan (STScI)
Les éléments manquants, que Webb va combler, se trouvent en grande partie dans les zones des galaxies qui sont obscurcies par la poussière – des régions où les étoiles commencent activement à se former. “Nous allons clairement voir des amas d’étoiles au cœur de ces nuages moléculaires denses dont nous n’avions auparavant que des preuves indirectes”, a déclaré Thilker. “Webb nous donne un moyen de regarder à l’intérieur de ces “usines à étoiles” pour voir les amas d’étoiles fraîchement assemblés et mesurer leurs propriétés avant qu’ils n’évoluent.”
Les nouvelles données aideront également l’équipe à préciser l’âge des populations stellaires dans un échantillon diversifié de galaxies, ce qui aidera les chercheurs à construire des modèles statistiques plus précis. “Nous sommes toujours en train de replacer le contexte des petites échelles dans la grande image des galaxies”, a expliqué Kreckel. “Avec Webb, nous allons retracer la séquence évolutive des étoiles et des amas d’étoiles de chaque galaxie”.
Une autre réponse importante qu’ils recherchent concerne la poussière qui entoure les étoiles, dans le milieu interstellaire. Webb les aidera à déterminer quelles zones de gaz et de poussière sont associées à des régions spécifiques de formation d’étoiles, et quelles sont les matières interstellaires flottant librement. “Cela n’a jamais pu être fait auparavant, au-delà des galaxies les plus proches. Il s’agit d’une véritable révolution”, a ajouté M. Thilker.
L’équipe cherche également à comprendre le calendrier du cycle de formation des étoiles. “Les échelles de temps sont essentielles en astronomie et en physique”, a déclaré Lee. “Combien de temps dure chaque étape de la formation des étoiles ? Comment ces délais peuvent-ils varier dans différents environnements galactiques ? Nous voulons mesurer le moment où ces étoiles se libèrent de leurs nuages de gaz pour comprendre comment la formation des étoiles est perturbée.”
La science pour tous
Ces observations Webb seront prises dans le cadre d’un programme du Trésor, ce qui signifie qu’elles ne sont pas seulement disponibles immédiatement pour le public, mais qu’elles auront également une valeur scientifique large et durable. L’équipe s’efforcera de créer et de diffuser des ensembles de données qui alignent les données de Webb sur chacun des ensembles de données complémentaires d’ALMA, MUSE et Hubble, ce qui permettra aux futurs chercheurs de passer facilement en revue chaque galaxie et ses populations stellaires, en activant ou désactivant diverses longueurs d’onde, et de zoomer sur des pixels individuels des images. Elles fourniront des inventaires des différentes phases du cycle de formation des étoiles, y compris les régions de formation d’étoiles, les jeunes étoiles, les amas d’étoiles et les propriétés de la poussière locale.
Ces recherches seront menées dans le cadre des programmes d’observateurs généraux (GO) de Webb, qui sont sélectionnés par concours à l’aide d’un système d’examen à double anonymat, le même système qui est utilisé pour attribuer le temps sur le télescope spatial Hubble.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Le Webb permettra de résoudre les mystères de notre système solaire, d’observer des mondes lointains autour d’autres étoiles et de sonder les structures et origines mystérieuses de notre univers et de la place que nous y occupons. Webb est un programme international dirigé par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.
