Surprise : la composition des gaz et des métaux dans la Voie lactée n’est pas celle attendue

Nuages ​​et flux de gaz cosmique immaculé s'accumulent

L’atmosphère et les flux associés à l’essence immaculée cosmique (magenta) s’accumulent sur la méthode lactée, mais ce carburant ne mélange pas efficacement la propulsion galactique, comme l’a souligné ce quartier solaire (zoom avant). Crédit : © Docteur Mark A. Garlick

Les astronomes de l’UNIGE ont observé la composition particulière du gaz dans notre galaxie et ont également montré que, contrairement aux modèles mis en place jusqu’à présent, ils ne sont pas mélangés de manière homogène.

Afin de mieux connaître l’histoire et l’évolution de la voie Lactée , les astronomes apprennent la composition des gaz et des alliages qui constituent une partie importante de notre galaxie. 3 éléments principaux sont perceptibles : le gaz initial provenant de l’extérieur de notre univers, le gaz entre les étoiles à l’intérieur de notre univers – enrichi en éléments chimiques – et la poussière développée par la condensation des métaux présents dans ce gaz particulier. Jusqu’à présent, les modèles théoriques supposaient que ces trois éléments avaient été mélangés de manière homogène dans toute la Voie lactée et atteignaient un niveau associé à un enrichissement chimique tout comme l’atmosphère du Soleil, la métallicité solaire.

Aujourd’hui, un groupe d’astronomes de l’Université de Genève (UNIGE) démontre que ces gaz ne sont pas mélangés autant qu’on le croyait auparavant, ce qui a un effet important sur la compréhension actuelle de l’évolution particulière des galaxies. En conséquence, les simulations de l’avancement de la Voie lactée devront être modifiées. Ces types de résultats peuvent être compris dans le journal La nature .

Les galaxies comprennent une collection de superstars et sont formées par condensation du carburant de l’intergalactique modéré composé principalement d’hydrogène et d’un peu d’hélium. Ce gaz ne contiendra pas de métaux contrairement au gaz dans les galaxies – en astronomie, tous les éléments de substances chimiques plus lourds que l’hélium sont appelés conjointement « métaux », bien qu’il s’agisse d’atomes de type gazeux.

“Les galaxies sont généralement alimentées par du gaz” vierge “qui tombe de l’extérieur, ce qui les rajeunit généralement et permet à de nouvelles superstars de se former “, décrit Annalisa De Cia, professeur au Département d’astronomie de l’UNIGE Teachers of Science et premier auteur. de l’étude. Dans le même temps, les célébrités brûlent l’hydrogène qui les constitue tout au long de leur vie et forment d’autres éléments par nucléosynthèse.

Lorsqu’une superstar qui a atteint la fin de sa vie explose, elle expulse les métaux particuliers qu’elle a créés, tels que le fer, le zinc, le carbone et le silicium, alimentant ces composants dans le gaz de la galaxie. Ces atomes peuvent alors se condenser directement en poussière, en particulier dans les parties les plus froides et les plus denses de la galaxie en question.

«Au départ, lorsque la méthode lactée a été créée, il y a plus de 10 milliards d’années, elle ne contenait tout simplement pas de métaux. Puis les célébrités ont progressivement enrichi l’environnement avec les métaux qu’elles vont produire », poursuit le chercheur. Une fois que la quantité de métaux sur ce gaz atteint la quantité présente dans la lumière du soleil, les astronomes parlent de métallicité de l’énergie solaire.

L’atmosphère pas si homogène

L’environnement qui compose la méthode lactée rassemble ainsi les métaux particuliers produits par les étoiles particulières, les particules de saleté qui se sont formées à partir de ces métaux, mais aussi des gaz provenant de l’extérieur de la galaxie qui y pénètrent fréquemment.

“Jusqu’à présent, les versions théoriques considéraient que ces 3 éléments étaient mélangés de manière homogène et arrivaient à la structure solaire partout dans notre univers, avec une légère étreinte métallique au milieu, où les étoiles ont tendance à être plus nombreuses”, précise Patrick Petitjean, le chercheur à l’Institut d’Astrophysique de Paris, France, Sorbonne Université. « Nous voulions observer cela en détail à l’aide d’un spectrographe ultraviolet (uv) sur le Télescope de la zone Hubble . ”

La spectroscopie permet de séparer la lumière des célébrités dans les couleurs individuelles ou même les fréquences, un peu comme un prisme ou même dans un arc-en-ciel. Au sein de cette lumière décomposée, les astronomes pensent particulièrement aux raies d’absorption : « Lorsque nous observons l’étoile, les alliages qui composent l’essence entre l’étoile et nous-mêmes absorbent une très petite partie de l’éclairage selon une méthode caractéristique, à une régularité spécifique, ce qui nous permet non seulement d’identifier leur existence, mais aussi de dire de quel métal il s’agit généralement et à quel point il est abondant », poursuit-il.

Une nouvelle méthode créée pour observer la métallicité totale

Pendant vingt-cinq heures, le groupe de scientifiques a remarqué l’atmosphère associée à 25 étoiles en utilisant Hubble et le Très grand télescope (VLT) au Chili. Le problème? La poussière ne peut pas être comptée avec ces spectrographes, même si elle contient des alliages. L’équipe d’Annalisa De Cia a ainsi développé une nouvelle technique d’observation. « Il consiste à prendre en compte la structure totale du gaz plus les poussières en observant en même temps plusieurs composants comme le fer, le zinc, le titane, le silicium, plus l’oxygène », précise le spécialiste genevois. “Ensuite, nous pouvons rechercher la quantité de métaux contenus dans la poussière et l’ajouter à celle déjà quantifiée avec les observations précédentes pour trouver le total. ”

Grâce à cette double technique d’observation, les astronomes particuliers ont découvert que non seulement l’environnement de la Voie lactée n’est pas vraiment homogène, mais que certaines des zones étudiées n’atteindront que 10% de la métallicité solaire. « Cette découverte joue un rôle clé dans la conception de versions théoriques sur la formation et l’évolution des galaxies », explique Jens-Kristian Krogager, chercheur au département d’astronomie de l’UNIGE. «À partir d’aujourd’hui, nous devrons affiner les simulations en augmentant la résolution particulière, afin que nous puissions inclure ces modifications de métallicité à partir de différents endroits de la Voie lactée. ”

Ces résultats ont un effet important sur notre compréhension de l’évolution particulière des galaxies et de la nôtre en particulier. En effet, les métaux jouent un rôle fondamental dans la formation des célébrités, de la poussière cosmique, des substances et des planètes. Et maintenant, sachez que de toutes nouvelles étoiles et exoplanètes pourraient être formées de nos jours à partir de gaz avec des compositions très différentes.

Référence : « Large Metallicity Variations in the Galactic Interstellar Medium » 8 septembre 2021, La nature .
DOI : dix. 1038/s41586-021-03780-0

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