Webb de la NASA sonde une galaxie à explosion d’étoiles extrême

Une équipe d’astronomes a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour étudier la galaxie stellaire Messier 82 (M82). Située à 12 millions d’années-lumière dans la constellation de la Grande Ourse, cette galaxie est de taille relativement compacte mais accueille une frénésie d’activité de formation d’étoiles. À titre de comparaison, M82 fait germer de nouvelles étoiles 10 fois plus vite que la Voie lactée.

Dirigée par Alberto Bolatto de l’Université du Maryland à College Park, l’équipe a dirigé l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb vers le centre de la galaxie en étoile, obtenant ainsi un examen plus approfondi des conditions physiques qui favorisent la formation de nouvelles étoiles.

“M82 a recueilli diverses observations au fil des ans car elle peut être considérée comme le prototype de la galaxie étoilée”, a déclaré Bolatto, auteur principal de l’étude. « Les télescopes spatiaux Spitzer et Hubble de la NASA ont observé cette cible. Avec la taille et la résolution de Webb, nous pouvons observer cette galaxie en formation d’étoiles et voir tous ces nouveaux et magnifiques détails.

Une communauté dynamique de stars

La formation des étoiles continue d’entretenir un sentiment de mystère car elle est enveloppée de rideaux de poussière et de gaz, créant un obstacle à l’observation de ce processus. Heureusement, la capacité de Webb à observer dans l’infrarouge est un atout pour naviguer dans ces conditions troubles. De plus, ces images NIRCam du centre même de l’étoile ont été obtenues à l’aide d’un mode instrument qui empêchait la Source très brillante de submerger le détecteur.

Alors que des vrilles brun foncé de poussière épaisse sont enfilées à travers le noyau blanc brillant de M82, même dans cette vue infrarouge, la NIRCam de Webb a révélé un niveau de détail qui a été historiquement obscurci. En regardant de plus près vers le centre, de petites taches représentées en vert désignent des zones concentrées de fer, dont la plupart sont des restes de supernova. Les petites taches qui apparaissent en rouge signifient des régions où l’hydrogène moléculaire est éclairé par le rayonnement d’une jeune étoile proche.

“Cette image montre le pouvoir de Webb”, a déclaré Rebecca Levy, deuxième auteur de l’étude à l’Université de l’Arizona à Tucson. « Chaque point blanc de cette image est soit une étoile, soit un amas d’étoiles. Nous pouvons commencer à distinguer toutes ces minuscules sources ponctuelles, ce qui nous permet d’acquérir un décompte précis de tous les amas d’étoiles de cette galaxie.

Trouver une structure dans des conditions animées

En regardant M82 dans des longueurs d’onde infrarouges légèrement plus longues, des vrilles agglomérées représentées en rouge peuvent être vues s’étendant au-dessus et au-dessous du plan de la galaxie. Ces banderoles gazeuses sont un vent galactique sortant du cœur de l’explosion stellaire.

L’un des domaines d’intérêt de cette équipe de recherche était de comprendre comment ce vent galactique, provoqué par le taux rapide de formation d’étoiles et de supernovae qui en résulte, est lancé et influence son environnement. En résolvant une section centrale de M82, les scientifiques pourraient examiner l’origine du vent et mieux comprendre comment les composants chauds et froids interagissent au sein du vent.

L’instrument NIRCam de Webb était bien adapté pour retracer la structure du vent galactique via l’émission de molécules chimiques de suie connues sous le nom d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Les HAP peuvent être considérés comme de très petits grains de poussière qui survivent à des températures plus froides mais sont détruits par temps chaud.

À la grande surprise de l’équipe, le point de vue de Webb sur les émissions de HAP met en évidence la structure fine du vent galactique – un aspect jusqu’alors inconnu. Représentée par des filaments rouges, l’émission s’étend à l’écart de la région centrale où se trouve le cœur de la formation des étoiles. Une autre découverte inattendue était la structure similaire entre l’émission de HAP et celle du gaz chaud et ionisé.

“Il était inattendu de voir les émissions de HAP ressembler à du gaz ionisé”, a déclaré Bolatto. « Les HAP ne sont pas censés vivre très longtemps lorsqu’ils sont exposés à un champ de rayonnement aussi puissant, alors peut-être qu’ils sont constamment renouvelés. Cela remet en question nos théories et nous montre qu’une enquête plus approfondie est nécessaire.

Éclairer la voie à suivre

Les observations de M82 par Webb dans la lumière proche infrarouge suscitent d’autres questions sur la formation des étoiles, auxquelles l’équipe espère répondre à certaines avec des données supplémentaires recueillies avec Webb, notamment celles d’une autre galaxie à explosion. Deux autres articles de cette équipe caractérisant les amas stellaires et les corrélations entre les composantes du vent de M82 sont presque finalisés.

Dans un avenir proche, l’équipe disposera d’observations spectroscopiques de M82 de Webb prêtes à être analysées, ainsi que d’images complémentaires à grande échelle de la galaxie et du vent. Les données spectrales aideront les astronomes à déterminer l’âge précis des amas d’étoiles et à donner une idée de la durée de chaque phase de formation d’étoiles dans un environnement de galaxie en étoile. À une échelle plus large, l’inspection de l’activité dans des galaxies comme M82 peut approfondir la compréhension des astronomes sur l’univers primitif.

“L’observation par Webb de M82, une cible plus proche de nous, rappelle que le télescope excelle dans l’étude des galaxies à toutes les distances”, a déclaré Bolatto. “En plus d’observer de jeunes galaxies à redshift élevé, nous pouvons examiner des cibles plus proches de chez nous pour mieux comprendre les processus qui se produisent ici – des événements qui se sont également produits dans l’univers primitif.”

Ces résultats ont été acceptés pour publication dans Le journal d’astrophysique.Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les structures et origines mystérieuses de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international dirigé par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.