Le Serpent Cosmique dévoile d'énormes nuages moléculaires

16 septembre 2019

Une équipe internationale à laquelle contribue le Pr Françoise Combes, titulaire de la chaire Galaxies et cosmologie du Collège de France, publie dans la revue Nature Astronomy des observations démontrant l’existence de nuages moléculaires très actifs, produisant un nombre très élevé d’étoiles dans un milieu interstellaire éloigné et hostile.

Les amas d’étoiles sont formés par la condensation de nuages moléculaires, des ensembles de gaz froid et dense présents dans toutes les galaxies. Les propriétés physiques de ces nuages dans notre galaxie ou dans les galaxies proches sont connues depuis longtemps. Mais sont-elles identiques dans les galaxies lointaines, situées à plus de 8 milliards d’années-lumière ? Grâce à une résolution jamais égalée jusqu’à aujourd’hui dans une galaxie lointaine, une équipe internationale, dirigée par l’Université de Genève (UNIGE), et avec la participation de chercheurs français, a pu détecter pour la première fois des nuages moléculaires dans une Voie Lactée en devenir. Ces observations, publiées dans la revue Nature Astronomy, démontrent que ces nuages ont une masse, une densité et des turbulences internes plus élevées que dans les galaxies proches et produisent bien plus d’étoiles. Les astronomes attribuent ces différences aux conditions interstellaires ambiantes des galaxies lointaines, trop extrêmes pour la survie des nuages moléculaires typiques des galaxies proches.

Les nuages moléculaires, berceau de la formation des étoiles, sont bien connues dans la Voie lactée. Mais sont-ils les mêmes dans les galaxies lointaines qui forment plus d’étoiles ? Jusqu’à présent il était très difficile d’isoler les nuages dans les galaxies lointaines, par manque de résolution spatiale. Les astronomes ont alors eu l’idée de bénéficier d’un télescope naturel – le phénomène de lentille gravitationnelle –, couplé à l’usage d’ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimiter Array), un interféromètre de 50 antennes radios millimétriques qui reconstruisent l’image entière d’une galaxie de manière instantanée. Grâce à l’alignement d’un objet massif entre l’observateur et l’objet lointain, les lentilles gravitationnelles produisent un effet de loupe, et agrandissent considérablement l’objet lointain étudié. Cette résolution, encore améliorée grâce à l’interféromètre ALMA (résolution de 0.2’’) a permis de caractériser les nuages de manière individuelle dans une galaxie lointaine, surnommée le Serpent Cosmique, située à 8 milliards d’années-lumière (voir figure 1 ci-dessous).

Distribution du gaz moléculaire dans la galaxie du Serpent Cosmique, distordue et amplifiée par lentille gravitationnelle.

Figure 1

La figure 2 (ci-dessous) compare les densités de surface des nuages dans les galaxies proches, normales ou en mode starbursts, avec celles des galaxies lointaines, qui se révèlent bien plus grandes.

Masse de gaz moléculaire en fonction du rayon des nuages .

Figure 2