Communiqué de presse

Des étoiles révèlent les secrets de l'éternelle jeunesse

19 décembre 2012

Certaines personnes sont en grande forme à l'âge de 90 ans, tandis que d'autres paraissent âgées avant même leurs 50 ans. Nous savons que la rapidité du vieillissement dépend peu de l'âge de la personne, et résulte essentiellement de son mode de vie. Une nouvelle étude basée sur l'utilisation conjointe du télescope MPG/ESO de 2,2 mètres de l'Observatoire de l'ESO à La Silla et du Télescope spatial Hubble du consortium NASA/ESA montre qu'il en va de même pour les amas d'étoiles.

Les amas globulaires sont des ensembles sphériques d'étoiles intimement liées les unes aux autres par leur attraction gravitationnelle. Agés de 12 à 13 milliards d'années, ces amas constituent les vestiges des premiers instants de l'Univers – le Big Bang s'étant produit il y a quelque 13,7 milliards d'années. Environ 150 dans notre Voie Lactée, ces amas globulaires abritent la plupart des étoiles les plus âgées de notre galaxie.

Bien que ces étoiles soient âgées et que les amas se soient formés dans un passé reculé, les astronomes utilisant le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres et le télescope spatial Hubble du consortium NASA/ESA ont découvert que certains de ces amas paraissent encore jeunes en leur cœur. Les résultats de cette étude paraissent dans l'édition du 20 décembre 2012 de la revue Nature.

« Bien que ces amas se soient tous formés il y a des milliards d'années », précise Francesco Ferraro (Université de Bologne, Italie), chef de l'équipe qui a effectué cette découverte, « nous nous sommes demandés si certains ne vieillissaient pas plus ou moins rapidement que d'autres. En étudiant la distribution d'un type d'étoile bleue présent dans les amas, nous nous sommes aperçus que certains amas avaient effectivement évolué plus rapidement au cours de leur existence, et nous avons établi un moyen de mesurer leur degré de vieillissement. »

Les amas d'étoiles se forment en peu de temps, ce qui signifie que toutes les étoiles qui les constituent ont sensiblement le même âge. Parce que les étoiles brillantes, de masse élevée, consument leur carburant très rapidement, et parce que les amas globulaires sont très âgés, seules des étoiles de faible masse devraient encore briller en leur sein.

Toutefois, cela ne semble pas être le cas : dans certaines circonstances, les étoiles peuvent bénéficier d'une cure de rajeunissement, lorsqu'elles reçoivent du carburant extérieur qui les fait grossir et les rend sensiblement plus brillantes. Cela peut se produire lorsqu'une étoile aspire la matière d'une étoile voisine, le couple d'étoiles en question fusionnant ou entrant en collision. Les étoiles ainsi revivifiées sont qualifiées de bleue trainarde [1], et la masse et la brillance élevées qui les caractérisent constituent l'objet de la présente étude.

A mesure que l'amas vieillit, les étoiles les plus massives plongent en son centre, selon un processus similaire à la sédimentation. La masse élevée des bleues trainardes suggère qu'elles sont fortement sujettes à ce processus, et leur brillance les rend assez facilement observables [2].

Afin de mieux comprendre le processus de vieillissement de l'amas, l'équipe a cartographié la position d'étoiles de type bleue trainarde dans 21 amas globulaires comme on les voit sur les images issues du télescope de 2,2 mètres MPEG/ESO et de Hubble, parmi d'autres observatoires [3]. Hubble a fourni des images de haute résolution des centres surpeuplés de 20 des amas, tandis que l'imagerie acquise depuis le sol a fourni une vue étendue de leur périphérie moins peuplée.

En analysant les données d'observation, l'équipe a découvert que quelques-uns des amas paraissaient jeunes avec des bleues trainardes réparties dans l'ensemble de l'amas, tandis que la plupart des amas semblaient âgés avec des bleues trainardes agglutinées au centre. Un troisième groupe était en cours de vieillissement, les étoiles situées à très grande proximité du cœur migrant vers l'intérieur en premier, suivies des étoiles situées en périphérie.

« Etant donné que ces amas se sont tous formés à approximativement la même époque, ces observations révèlent de grandes différences dans la rapidité d'évolution d'un amas à l'autre », souligne Barbara Lanzoni (Université de Bologne, Italie), co-auteur de l'étude. « Dans le cas des amas ayant rapidement vieilli, nous pensons que le processus de sédimentation peut s'achever en l'espace de quelques centaines de millions d'années, tandis que pour les autres, ayant évolué lentement, ce processus pourrait requérir plusieurs fois l'âge de l'Univers actuel ».

A mesure que les étoiles les plus massives d'un amas tombent vers le centre, il est possible que le cœur de l'amas s'effondre sur lui-même en raison de son extrême densité. Les processus conduisant à l'effondrement du cœur sont relativement bien connus, et dépendent du nombre, de la densité ainsi que de la vitesse de déplacement des étoiles [4]. Toutefois, la fréquence à laquelle ils se produisent n'était pas connue jusqu'à ce jour [5]. Cette étude fournit la première preuve empirique de la variabilité de vieillissement des différents amas globulaires. 

Notes

[1] Les bleues trainardes doivent leur dénomination à leur couleur bleue et au fait que leur évolution s'effectue à un rythme plus lent que leurs voisines.

[2] Les bleues trainardes sont relativement brillantes et massives comparées aux étoiles standards des amas globulaires, mais ce ne sont pas les seules étoiles de ces amas à être brillantes ou massives.

Les géantes rouges sont plus brillantes, mais beaucoup moins massives, donc insensibles au processus de sédimentation – il est facile de les distinguer des bleues trainardes en raison de leur couleur, très différente.

Les étoiles à neutrons, les noyaux extrêmement denses d'étoiles bien plus massives que le Soleil qui ont explosé il y a plusieurs milliards d'années au tout début de l'histoire des amas globulaires, sont caractérisés par une masse semblable à celle des bleues trainardes, et sont affectés par le processus de sédimentation, mais ils sont incroyablement difficiles à observer et ne constituent donc pas un objet d'étude utile ici.

Les bleues trainardes sont les seules étoiles appartenant à des amas caractérisés à la fois par une masse et une brillance élevées.

[3] Sur les 21 amas ayant fait l'objet de cette étude, 20 ont été étudiés avec Hubble, 12 avec le télescope de 2,2 mètres MPG/ESO, 8 avec le télescope Canada-France-Hawaii et un avec le télescope Subaru de la NAOJ.

[4] Si le nombre et la densité d'étoiles dans un amas sont relativement simples à estimer, ce n'est pas le cas de leur vitesse. Pour cette raison, les études antérieures portant sur l'évolution d'amas globulaires se sont appuyées sur des modèles théoriques plutôt que sur des données empiriques.

[5] Cette fréquence dépend de manière complexe du nombre d'étoiles, de leur densité et de leur vitesse à l'intérieur d'un amas. Si les deux premiers paramètres sont relativement simples à estimer, ce n'est pas le cas de la vitesse. Pour ces raisons, les estimations antérieures du taux de vieillissement dynamique d'amas globulaires se sont uniquement appuyées sur des considérations théoriques, tandis que la nouvelle méthode se base sur les seules données empiriques. 

Plus d'informations

Ce travail a fait l'objet d'un article, "Dynamical age differences amongst coeval star clusters as revealed by blue stragglers", par F.R. Ferraro et al., à paraître dans l'édition du 20 décembre 2012 de la revue Nature.

L'équipe est composée de F. R. Ferraro (University of Bologna, Italie), B. Lanzoni (University of Bologna), E. Dalessandro (University of Bologna), G. Beccari (ESO, Garching, Allemagne), M. Pasquato (University of Bologna), P. Miocchi (University of Bologna), R. T. Rood (University of Virginia, Charlottesville, USA), S. Sigurdsson (Pennsylvania State University, USA), A. Sills (McMaster University, Hamilton, Canada), E. Vesperini (Indiana University, Bloomington, USA), M. Mapelli (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italie), R. Contreras (University of Bologna), N. Sanna (University of Bologna), A. Mucciarelli (University of Bologna).

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet Cosmic-Lab (www.cosmic-lab.eu) financé par l'ERC (Conseil de l'Europe de la Recherche) à hauteur de 1,8 million d'euros sur cinq ans. Institué par l'Union Européenne en 2007, l'ERC vise à stimuler l'excellence scientifique en Europe en encourageant la compétition dans la recherche de financement entre les chercheurs les meilleurs et les plus créatifs sans distinction d'âge ni de nationalité. Depuis sa création, l'ERC a financé plus de 2500 chercheurs et projets de recherche en Europe. L'ERC opère selon une logique ascendante qui permet aux chercheurs d'identifier de nouvelles opportunités dans tous les domaines de la recherche (Sciences Physiques et Ingénierie, Sciences de la Vie, Sciences Sociales et Humanités). Il est également devenu la référence en matière de compétitivité entre systèmes de recherche nationaux et complète les sources de financement existant aux niveaux nationaux et Européen. L'ERC, ou nouveau composant du 7e PCRDT lancé par l'Union Européenne, dispose d'un budget total de 7,5 milliards d'euros sur la période 2007 – 2013. L'an dernier, la Commission Européenne a proposé d'augmenter le budget de l'ERC de façon substantielle dans le cadre du nouveau programme baptisé Horizon 2020. L'ERC est constitué d'une Agence Exécutive et d'un Conseil Scientifique. Le Conseil Scientifique est composé de 22 chercheurs de haut niveau et définit la stratégie scientifique de l'ERC. L'ERC est placé sous la présidence du Prof. Helga Notowny et le Conseil Scientifique est représenté à Bruxelles par un Secrétaire Général, le Prof. Donald Dingwell. L'Agence Exécutive de l'ERC réalise le Programme Spécifique "Idées", son Directeur est Pablo Amor.

The year 2012 marks the 50th anniversary of the founding of the European Southern Observatory (ESO). ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world's most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, Czechia, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world's most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world's largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become "the world's biggest eye on the sky". 

Liens

• L’article présentant la recherche
• Le communiqué de Hubble
• Photos du télescope MPG/ESO de 2,2 mètres
• Autres photos prises avec  le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres
• Photos de La Silla

Contacts

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Italy
Tél: +39 051 209 5774
Courriel: francesco.ferraro3@unibo.it

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Tél: +39 051 209 5792
Courriel: barbara.lanzoni3@unibo.it

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ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1252.