Les astronomes étudient le processus de formation des étoiles depuis des décennies. Au fur et à mesure que nous obtenons des télescopes de plus en plus performants, les détails complexes de l’un des processus les plus fascinants de la nature deviennent plus clairs. Les premiers stades de la formation des étoiles se produisent à l’intérieur d’un voile dense de gaz et de poussière qui contrecarre nos observations.
Mais le télescope spatial James Webb voit à travers le voile dans ses images des galaxies proches.
La collaboration PHANGS (Physique à haute résolution angulaire dans les galaxies proches) est une vaste étude des galaxies spirales proches. Son objectif est de “… comprendre l’interaction de la physique à petite échelle de la formation des gaz et des étoiles avec la structure galactique et l’évolution des galaxies”, selon le site Web PHANGS.
Des télescopes comme le télescope spatial Hubble et ALMA ont contribué à PHANGS et résolu des nuages de gaz individuels et des complexes de formation d’étoiles dans des galaxies qui sont les berceaux de la naissance des étoiles et les moteurs de l’évolution galactique. Maintenant que le JWST est opérationnel, il participe également à PHANGS.
Dans ces images PHANGS, le télescope spatial James Webb affiche une fois de plus sa puissance impressionnante. La haute résolution et les capacités infrarouges de Webb révèlent de nouveaux détails dans les galaxies spirales lointaines, y compris des réseaux complexes de caractéristiques gazeuses et poussiéreuses. Ses observations ont donné lieu à pas moins de 21 nouveaux articles. C’est après que le télescope n’a imagé que 5 de ses 19 cibles au total :
- NGC 1433
- M 74
- NGC 7496
- IC 5332
- NGC 1365
Les images montrent des galaxies dont les bras spiraux écument presque avec des filaments de gaz et de poussière qui se chevauchent et des bulles creusées par des étoiles nouvellement formées.
L’image principale montre NGC 1433, une galaxie spirale barrée avec une structure à double anneau à environ 46 millions d’années-lumière. Sa région centrale connaît une intense activité de formation d’étoiles. Ses bras en spirale regorgent également de jeunes étoiles, et le JWST le révèle dans ses moindres détails. NGC 1433 a une caractéristique intéressante de double anneau dans son noyau, où des bras en spirale serrés s’enroulent les uns autour des autres et de la barre.
Les prouesses d’observation infrarouge du JWST apportent quelque chose de nouveau à la table. Lorsque de très jeunes étoiles naissent, l’action se cache derrière un voile de gaz et de poussière. Ce n’est qu’une fois que l’étoile a brillé pendant un certain temps qu’elle souffle le voile avec son vent stellaire et que les astronomes peuvent voir la jeune étoile. Mais le JWST n’a pas à attendre. Il peut voir à travers le gaz et la poussière et donner aux astronomes des vues d’étoiles beaucoup plus jeunes que les autres télescopes.
Le Hubble ne peut pas facilement voir au-delà de la poussière comme le JWST le peut parce que le Hubble ne peut pas voir les photons infrarouges moyens. Lorsque de minuscules grains de poussière dans des galaxies comme NGC 1433 absorbent les UV et les photons optiques de jeunes étoiles, les grains de poussière sont suffisamment chauffés pour produire des photos dans l’infrarouge moyen selon un processus appelé chauffage stochastique. Le James Webb excelle à voir le mid-IR, et toute la structure de la galaxie est plus claire dans les images JWST à cause de cela.
| Proche infrarouge (NIR) | 0,75 – 1,4 micromètres |
| Infrarouge à courte longueur d’onde (SWIR) | 1,4 – 3 micromètres |
| Infrarouge à longueur d’onde moyenne (MIR) | 3 – 8 micromètres |
| Infrarouge à grande longueur d’onde (LWIR) | 8 – 15 micromètres |
| Infrarouge lointain | 15 – 1 000 micromètres |
L’image Webb est une amélioration spectaculaire par rapport aux images précédentes, et bien que les détails visuels soient ce qui attire le plus les globes oculaires réguliers, le WEBB donne également aux astronomes une amélioration spectaculaire des détails scientifiques.
La prochaine galaxie sur la liste est M 74, une galaxie spirale située à environ 32 millions d’années-lumière, également connue sous le nom de galaxie fantôme. C’est un exemple du type de galaxie spirale de grande conception en raison de ses deux bras spiraux clairement définis. Alors que les bras d’autres galaxies spirales peuvent sembler boueux et mal définis, les bras de M 74 ressortent en relief.
Le JWST est non seulement meilleur pour voir les photons MIR (infrarouge moyen) que d’autres télescopes comme le Hubble, mais il a également une résolution angulaire plus élevée, ce qui signifie que les petits détails sont plus clairement visibles. La résolution améliorée du télescope spatial montre à quel point la structure de M 74 est complexe, avec des filaments de gaz et de poussière ressemblant à des gossamers qui s’enroulent du centre vers les grands bras spiraux de la galaxie.
M 74 est face à face depuis notre point de vue, ce qui en fait une cible précieuse pour les astronomes. L’une des caractéristiques déterminantes de M 74 est son centre, ou ce que les astronomes appellent la région nucléaire. La région nucléaire de M 74 manque du gaz commun aux autres galaxies spirales, ce qui donne aux astronomes une vue claire de l’amas d’étoiles nucléaires de la galaxie.
La prochaine galaxie est NGC 7496, une galaxie spirale barrée à environ 24 millions d’années-lumière. La caractéristique la plus remarquable de la galaxie est son noyau galactique actif (AGN). Le trou noir supermassif au centre accumule activement de la matière et la chauffe dans un disque tourbillonnant autour du trou noir. Cela rend l’AGN visible lorsque le matériau chauffé émet des photons.
Le JWST est si puissant qu’il peut détecter les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) qui jouent un rôle critique dans la formation des étoiles et dans la formation des planètes. Ce sont des composés organiques qui se forment dans les nuages de gaz et de poussière qui donnent naissance aux étoiles. En les détectant, le JWST permet aux astronomes de tracer les limites et les détails des nuages de gaz qui finissent par s’effondrer et former des étoiles.
Certains chercheurs considèrent le lancement du JWST comme la première étape d’une révolution des HAP. Les émissions des HAP codent de nombreuses informations sur les conditions physiques et chimiques environnantes, y compris la formation d’étoiles. D’autres télescopes peuvent voir les régions PAH, mais pas avec le même détail. “L’incroyable résolution spatiale et la sensibilité de JWST démêleront ces régions et nous permettront d’avoir des vues sans précédent sur les caractéristiques des HAP à de petites échelles spatiales”, selon l’Université Western.
Le JWST a également détecté 59 nouveaux amas d’étoiles intégrés dans NGC 7496. Ces détections, comme d’autres détections dans PHANG, sont dues à la capacité du JWST à mieux voir dans le MIR que les autres télescopes. Les amas intégrés contiennent des étoiles si jeunes qu’elles n’ont pas encore chassé les nuages de gaz et de poussière obscurcissants. Leurs nuages moléculaires progéniteurs entourent toujours les étoiles, et la formation active d’étoiles qui se déroule à l’intérieur des nuages est cachée aux télescopes comme Hubble. Mais le JWST efface facilement cet obstacle.
L’un des nouveaux articles basés sur JWST et PHANGS est “PHANGS – JWST First Results: Dust-embedded Star Clusters in NGC 7496 Selected via 3.3 ?m Émission de HAP. Comme le titre l’indique clairement, la capacité du JWST à voir les émissions de HAP change la donne. “Les premiers stades de la formation des étoiles se produisent enveloppés de poussière et ne sont pas observables dans l’optique. Ici, nous tirons parti de l’extraordinaire nouvelle imagerie infrarouge haute résolution de JWST pour commencer l’étude des amas d’étoiles incrustés de poussière dans les galaxies voisines à travers le volume local », écrivent les auteurs de cet article.
La prochaine galaxie est IC 5332, une galaxie spirale intermédiaire à environ 30 millions d’années-lumière. Comme M 74, IC 5332 est également de face de notre point de vue. Il a un petit renflement central et des bras ouverts. Il n’a pas autant d’activité de formation d’étoiles que certaines des autres galaxies PHANGS.
L’image JWST montre comment les bras en spirale symétriques de l’IC 5332 sont en fait des toiles complexes de gaz émettant de la lumière infrarouge à différentes températures. Le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb est responsable de cette image spectaculaire, tout comme des autres.
Cette vidéo montre la différence entre le point de vue de Hubble sur l’IC 5332 et le point de vue du JWST. L’image de Hubble est floue et moins détaillée, mais toujours belle et utile.
NGC 1365 est une autre galaxie spirale barrée à environ 56 millions d’années-lumière. Il a deux barres, la plus petite des deux constituant le noyau galactique. La barre intérieure tourne probablement plus vite que la barre extérieure, créant la forme diagonale. Sa paire de bras proéminents est plus étendue que les autres galaxies spirales.
Des observations récentes montrent que la Voie lactée est également une spirale barrée, donc lorsque les astronomes étudient NGC 1365, elle éclaire également la Voie lactée. Les astronomes pensent que les barres de ces galaxies agissent presque comme un entonnoir, alimentant en gaz le centre galactique, déclenchant la formation d’étoiles et la croissance du trou noir central.
NGC 1365 est appelée une galaxie starburst car elle connaît une quantité extraordinaire de formation d’étoiles. Cela se passe dans l’anneau starburst, une région au centre de la galaxie. La phase d’éclatement d’étoiles n’est qu’une phase de l’évolution d’une galaxie et consomme tellement de gaz que c’est fini relativement vite. La structure complexe à double barre de NGC 1365 aide à canaliser le gaz dans l’anneau d’éclatement d’étoiles, déclenchant un maelström de naissance d’étoiles.
NGC 1365 héberge “… l’une des explosions d’étoiles nucléaires les plus fortes et les populations les plus riches de YMC (Young Massive Clusters) à moins de 20 Mpc.”, selon un nouvel article examinant la rétroaction stellaire dans la galaxie. Ces amas sont responsables d’une grande partie de la formation d’étoiles et sont cachés dans d’épais nuages d’hydrogène moléculaire qui les cachent des autres télescopes. Mais encore une fois, le JWST a la capacité de les voir plus clairement grâce à son MIRI.
Le JWST a repéré de nouveaux amas à la fois dans la région centrale et dans les bras de la galaxie. Il a également mis en lumière la rétroaction stellaire dans l’anneau d’étoiles, où le gaz entre et forme de nouvelles étoiles, qui réagissent ensuite et affectent le flux de gaz. Cette rétroaction entre les étoiles et le milieu interstellaire (ISM) est un sujet critique dans l’évolution des galaxies.
“Nous constatons que le gaz s’écoulant dans l’anneau de starburst du nord-est au sud-ouest semble fortement affecté par la rétroaction stellaire, montrant une diminution de l’excitation et une augmentation des signatures de dissociation dans les régions en aval”, écrivent les auteurs de l’article. La dissociation se produit lorsque la lumière UV divise les molécules en ses atomes constitutifs. “Nos résultats sont cohérents avec un scénario où le gaz s’écoule dans les deux régions de bras le long de la barre, devient condensé/choqué, forme des YMC, puis ces YMC chauffent et dissocient le gaz.”
Même ce bref extrait de nouvelles recherches donne un indice sur la complexité des galaxies et de la formation des étoiles. Lorsque le JWST était dans sa phase de conception, les scientifiques ont identifié quelles questions nécessitaient de meilleures réponses et quels instruments et capacités pourraient générer ces réponses. La naissance des étoiles dans les galaxies et la croissance et l’évolution des galaxies font partie de ces questions.
Un an après le début de sa mission, nous constatons à quel point le JWST est efficace pour trouver des réponses plus approfondies à nos questions. En cours de route, nous obtenons ces belles images.
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