Les amas globulaires sont des régions de l'espace où les étoiles sont densément regroupées - 10 000 fois plus dense que notre voisinage stellaire local. De nouvelles preuves du télescope spatial Hubble ont montré que les amas globulaires se trieraient, amassant des étoiles plus massives au centre et poussant les étoiles moins massives vers les bords. Hubble a capturé des images de l'amas globulaire 47 Tucanae pendant près de 7 ans, permettant aux astronomes de tracer soigneusement les positions des étoiles se déplaçant dans l'amas, puis de calculer leur distance par rapport au centre.
Imaginez-vous essayer de comprendre le fonctionnement d'un match de football sur la base de quelques instantanés flous du jeu en cours. Les astronomes ont fait face à ce défi lorsqu'il s'agit de comprendre la dynamique de l'essaim de ruches d'étoiles dans les amas d'étoiles globulaires en orbite autour de notre galaxie de la Voie lactée. Maintenant, le télescope spatial Hubble de la NASA a fourni aux astronomes les meilleures preuves d'observation à ce jour que les amas globulaires trient les étoiles en fonction de leur masse, régis par un jeu de billes de billard gravitationnel entre les étoiles. Les étoiles plus lourdes ralentissent et s'enfoncent dans le noyau du cluster, tandis que les étoiles plus légères accélèrent et se déplacent à travers le cluster jusqu'à sa périphérie. Ce processus, appelé «ségrégation de masse», a longtemps été suspecté pour les amas d'étoiles globulaires, mais n'a jamais été vu auparavant directement en action.
Un amas globulaire typique contient plusieurs centaines de milliers d'étoiles. Bien que la densité des étoiles soit très petite à la périphérie de ces systèmes stellaires, la densité stellaire près du centre peut être plus de 10 000 fois plus élevée qu'à proximité de notre Soleil. Si nous vivions dans une telle région de l'espace, le ciel nocturne serait embrasé par 10 000 étoiles qui seraient plus proches de nous que l'étoile la plus proche du Soleil, Alpha Centauri, qui est à 4,3 années-lumière (ou environ 215 000 fois la distance) entre la Terre et le Soleil). Comme une voiture de métro bondée de navetteurs, cette surpopulation stellaire augmente fortement la probabilité de rencontres entre étoiles, voire de collisions et de fusions. Le résultat cumulatif de beaucoup de ces rencontres est la ségrégation de masse théoriquement attendue. Mais en même temps, ces conditions surpeuplées rendent extrêmement difficile l'identification précise des étoiles individuelles.
Les astronomes ont dû attendre l'extrême netteté de la vision de Hubble pour tracer les mouvements de plusieurs milliers d'étoiles dans un seul amas globulaire. Des vitesses très précises ont maintenant été mesurées pour 15 000 étoiles au centre même de l'amas globulaire 47 Tucanae, l'un des amas globulaires les plus denses de l'hémisphère Sud. Un petit nombre de ces étoiles sont d'un type très rare connu sous le nom de «traînards bleus»: des étoiles inhabituellement chaudes et brillantes longtemps considérées comme le produit de collisions entre deux étoiles normales.
Les vitesses des étoiles bleues retardataires sont en accord avec les prévisions de ségrégation de masse. En particulier, une comparaison entre les traînards bleus (qui ont deux fois la masse de l'étoile moyenne) et d'autres étoiles montre que, comme prévu, ils se déplacent plus lentement que les étoiles moyennes.
À l'aide de la caméra grand champ et planétaire 2 et du nouvel appareil avancé de caméra pour levés sur Hubble, Georges Meylan de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) à Sauverny, en Suisse, et ses collaborateurs ont pris dix séries d'images multiples de la région centrale (à distance) d'environ 6 années-lumière du centre) de 47 Tucanae. Des images ont été prises à intervalles réguliers sur près de sept ans. En mesurant soigneusement les positions de pas moins de 130 000 étoiles dans chacun de ces «instantanés», des changements de position extrêmement petits pourraient être mesurés au fil du temps, trahissant les mouvements des étoiles à travers le ciel. Des vitesses précises ont été obtenues pour près de 15 000 étoiles dans cet amas. Sur ces 15 000, 23 étaient des retardataires bleus.
Il s'agit du plus grand échantillon de vitesses jamais collecté, par n'importe quelle technique avec n'importe quel instrument, pour un amas globulaire dans la Voie lactée. Les résultats ont également été utilisés pour vérifier si un trou noir existe dans le noyau de l'amas, en recherchant son attraction gravitationnelle. Mais les mouvements stellaires mesurés excluent un trou noir très massif.
Avec ces observations, Hubble a accompli en moins d'une décennie ce qui aurait pris des télescopes au sol pendant près d'un siècle en raison de conditions d'observation du sol plus mauvaises. L'étude aurait été impossible sans la vision nette de Hubble. Depuis le sol, l’effet maculant de l’atmosphère terrestre brouille l’image des nombreuses étoiles dans le noyau d’amas surpeuplé. Le mouvement angulaire typique même des étoiles normales au centre de 47 Tucanae s'est avéré être un peu plus d'un dix millionième de degré par an. Cela signifie que le mouvement angulaire d'une étoile en un an équivaut à la taille angulaire d'un centime vu comme s'il était à 4500 miles de distance.
Pour tirer pleinement parti de ces images Hubble exquises, les astronomes ont développé des méthodes d'analyse de données entièrement nouvelles, qui ont finalement fourni des mesures des mouvements appropriés (vitesses) qui correspondaient à des changements dans la position des étoiles au niveau d'environ 1 / 100e de pixel (image -element) sur les appareils photo numériques de Hubble.
Les résultats ont été publiés dans la série de suppléments de septembre du journal astrophysique.
L'équipe internationale était composée des scientifiques suivants: D.E. McLaughlin (Université de Leicester), J. Anderson (Université Rice), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (Université du Texas à Austin), C. Pryor (Université Rutgers), D. Minniti (Pontifica Universidad Catolica) et S. Phinney (Caltech).
Source d'origine: Communiqué de presse Hubble
