Depuis les années 1930, les physiciens et ingénieur radio Karl Jansky ont rapporté avoir découvert une source radio persistante provenant du centre de notre galaxie. Cette source est devenue connue sous le nom de Sagittarius A* (Sgr A*), et dans les années 1970, les astronomes ont déterminé qu’il s’agissait d’un trou noir supermassif (SMBH) d’environ quatre millions de fois la masse de notre Soleil. Depuis lors, les astronomes ont utilisé des radiotélescopes de plus en plus perfectionnés pour étudier Sgr A* et son environnement. Cela a conduit à de nombreuses découvertes exotiques, telles que les nombreuses «étoiles étoiles» et «objets G» gazeux qui l’orbitent.
L’étude de ces objets et comment la puissante gravité de Sgr A* a permis aux scientifiques de tester les lois de la physique dans les conditions les plus extrêmes. Dans une étude récente, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université de Cologne a fait une découverte surprenante. Sur la base des données recueillies par plusieurs observatoires, ils ont observé ce qui semble être une étoile nouvellement formée (X3a) à proximité de Sgr A*. Cette découverte soulève des questions importantes sur la façon dont les jeunes objets stellaires (YSO) peuvent se former et survivre si près d’un SMBH, où ils devraient être déchirés par de violentes forces gravitationnelles.
La recherche a été dirigée par Florian Peißker, chercheur postdoctoral à l’Institut d’astrophysique de l’Université de Cologne. Il a été rejoint par des collègues de l’Université Masaryk, de l’Institut d’astronomie et de physique des particules, de l’Institut des sciences spatiales et astronautiques (ISAS) de la JAXA, de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), de l’Institut Max Planck de radioastronomie (MPIA), de la République tchèque l’Institut d’Astronomie de l’Académie des Sciences et l’Observatoire de Paris. L’article qui décrit leurs découvertes, “X3: un jeune objet stellaire de haute masse proche du trou noir supermassif Sgr A *”, est récemment paru dans Le Journal d’Astrophysique.
Ce voisinage de Sgr A* est caractérisé par des processus hautement dynamiques et un rayonnement dur, les conditions mêmes qui agissent contre la formation d’étoiles. En conséquence, les astronomes ont longtemps supposé que seules les étoiles plus anciennes – qui se sont formées il y a des milliards d’années et se sont mises en orbite par frottement dynamique – se trouveraient à proximité des SMBH. Or, les astronomes observent de très jeunes étoiles au voisinage de Sgr A* depuis une vingtaine d’années. Cela a soulevé la question évidente de savoir où et comment ils se sont formés et ont trouvé leur chemin vers leurs orbites actuelles.
En observant X3a, l’équipe a noté qu’il était non seulement très jeune (plusieurs dizaines de milliers d’années) mais aussi dix fois plus gros et quinze fois plus massif que le Soleil. Pour leur étude, l’équipe s’est appuyée sur les données de plusieurs télescopes pour effectuer des observations dans plusieurs longueurs d’onde. Il s’agissait de mesures dans le proche et le moyen infrarouge (NIR/MIR) à l’aide des instruments SINFONI, NACO, ISAAC et VISIR sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, l’instrument SHARP sur le New Technology Telescope (NTT) et le Caméra proche infrarouge-2 (NIRC-2) sur les télescopes WM Keck.
Celles-ci ont été combinées avec des observations du domaine radio à l’aide de l’Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) pour identifier les composants à différentes températures et emplacements. Sur la base de leurs observations, l’équipe pense que X3a s’est formé dans un nuage dense de poussière et de gaz en orbite plus loin de Sgr A * et a ensuite coulé sur son orbite actuelle. Comme l’a expliqué le premier auteur, le Dr Florian Peißker dans un communiqué de presse de l’Université de Cologne :
“Il s’avère qu’il existe une région à quelques années-lumière du trou noir qui remplit les conditions de formation d’étoiles. Cette région, un anneau de gaz et de poussière, est suffisamment froide et protégée contre les radiations destructrices. Ce soi-disant temps de chute correspond approximativement à l’âge de X3a.
Selon l’équipe, le processus de formation commence dans X3, une enveloppe gazeuse dans l’anneau extérieur entourant le centre de Sgr A*. Ces nuages pourraient atteindre jusqu’à cent masses solaires, ce qui les ferait s’effondrer sous leur propre gravité pour former une ou plusieurs protoétoiles. Les observations ont également montré qu’il existe de nombreux nuages de ce type dans l’anneau extérieur qui interagissent probablement les uns avec les autres. Cela pourrait (en théorie) faire perdre à certains d’entre eux leur moment cinétique et tomber vers l’intérieur avec le temps (la direction du trou noir).
Ce scénario expliquerait la phase de développement stellaire de X3a puisque les observations actuelles (qui montrent à quoi il ressemblait il y a 300 000 ans) indiquent qu’il semble évoluer vers une étoile mature. Par conséquent, il est hautement plausible que l’anneau de gaz et de poussière soit le lieu de naissance des jeunes étoiles au centre de notre Galaxie. À cet égard, l’existence de X3a pourrait combler l’écart entre la formation d’étoiles et les YSO au voisinage immédiat de Sgr A*. Comme l’a ajouté le Dr Michal Zajacek de l’Université Masaryk (co-auteur de l’étude) :
«Avec sa masse élevée d’environ dix fois la masse solaire, X3a est une géante parmi les étoiles, et ces géantes évoluent très rapidement vers la maturité. Nous avons eu la chance de repérer l’étoile massive au milieu de l’enveloppe circumstellaire en forme de comète. Par la suite, nous avons identifié des caractéristiques clés associées à un jeune âge, telles que l’enveloppe circumstellaire compacte tournant autour d’elle.
Étant donné que des anneaux de poussière et de gaz similaires peuvent être trouvés dans d’autres galaxies, ce mécanisme pourrait s’appliquer à d’autres SMBH, ce qui signifie que de nombreuses galaxies massives pourraient avoir de très jeunes étoiles près de leur centre. Des études de suivi sont actuellement prévues à l’aide de télescopes de nouvelle génération comme celui de la NASA Télescope spatial James Webb (JWST) et l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO au Chili. Ces observations permettront de tester ce modèle de formation d’étoiles dans notre galaxie et potentiellement d’autres.
Lectures complémentaires : Université de Cologne, Le Journal Astrophysique
