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Au-delà des apparences : l’anatomie du Jedi Orion révélée en radioastronomie

publié le , mis à jour le

A l’aide du radiotélescope de 30-mètres de l’IRAM dans la Sierra Nevada en Espagne, une équipe internationale d’astronomes menée par Jérôme Pety (IRAM & Observatoire de Paris) a obtenu les observations radio les plus complètes du nuage Orion B, qui est connu pour abriter les nébuleuses de la Tête de Cheval et de la Flamme. Utilisant le fait que les molécules froides brillent aux longueurs d’onde millimétrique, l’équipe met à jour l’anatomie cachée du nuage interstellaire nommé Orion B.

A l’aide d’une dissection précise de ce nuage en régions dont la composition moléculaire est différente, ils montrent comment les parties internes les plus denses et les plus froides donnent naissance aux étoiles. A la suite de la tradition ancestrale associant des personnages et des animaux aux formes définies par les étoiles, la vision d’Orion B en onde radio pourrait représenter la silhouette d’un Jedi arme à la main ! Les articles scientifiques seront publiés dans Astronomy & Astrophysics, mardi 7 mars 2017.

(Les articles scientifiques associés seront publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics mardi 7 mars 2017.)

Astronomie radio versus astronomie optique


Le projet international ORION-B a obtenu à l’aide du radiotélescope de 30-mètres le relevé le plus complet à ce jour du nuage d’Orion B dans le domaine radio. Cette région est un gigantesque réservoir de matière interstellaire, faite de gaz et de poussières, qui contient environ 70000 fois la masse du soleil. Les étoiles naissent dans les cœurs denses qui se développent à l’intérieur de ces nuages interstellaires.

Les vents violents et les rayons ultra-violets des étoiles massives jeunes érodent et perturbent le nuage moléculaire qui leur a donné jour. Les magnifiques images prises avec les télescopes optiques montrent l’interaction de la lumière et de la matière à la surface des nuages. Cependant, les endroits où les futures étoiles peuvent naître, dits cœurs denses, brillent uniquement aux longueurs d’onde radio millimétrique. Ils sont invisibles aux télescopes optiques. C’est pourquoi les astronomes utilisent des télescopes de classe mondiale tels que le télescope de 30-mètres de l’IRAM.

Jérôme Pety explique : "Nous avons observé la nébuleuse bien connue de la Tête de Cheval pendant plus d’une décennie maintenant. Pourtant, seule l’instrumentation récente à l’IRAM 30-mètres nous a permis de faire des images cent fois plus grandes qu’avant, et cela à de très nombreuses longueurs d’onde millimétrique en même temps !"

Le télescope de 30-mètres capture les signaux provenant de nombreuses molécules de l’espace (monoxyde de carbone, monosulfite de carbone, cyanures, méthanol, petits hydrocarbures, etc...).

Figure 1 : Le nuage moléculaire géant tel qu’observé à l’aide de 3 raies dans le domaine radio (Image supérieure : crédit & copyright J. Pety, the ORION-B Collaboration & IRAM) ou dans le domaine visible (Image inférieure : crédit & copyright Sergi Verdugo Martínez).

Les images ainsi obtenues montrent des répartitions spatiales très différentes suivant les molécules : en fonction de leur évolution chimique, les molécules sont détectées dans des régions incroyablement différentes du nuage. C’est cette propriété capitale qui permet aux astronomes de caractériser les différentes étapes de la formation des étoiles. Par exemple, les phases diffuses et turbulentes occupent la plupart du volume, au contraire des cœurs denses qui n’en occupent que quelques pourcents.

Entre ces deux étapes, la matière est collectée le long de filaments. Sur la figure 1, le gaz diffus apparaît en bleu, les cœurs denses forment une sous-partie des régions roses et les filaments apparaissent en vert. Les images radio sont ainsi une véritable immersion dans l’anatomie interne du nuage d’Orion B. "Le gaz diffus, les filaments, et les cœurs denses pourraient être comparés aux muscles, os et organes vitaux. Les images des différentes raies moléculaires forment la radiographie des différentes parties des nuages interstellaires, tout comme les scanners révèlent l’intérieur du cœur humain" dit Viviana Guzman, post-doctorante à l’observatoire ALMA, situé au Chili.

Mais il y a plus. Les astronomes ont réalisé que quelques images d’Orion B ressemblent de façon assez surprenante à un squelette humain. L’observation des étoiles a toujours fasciné les hommes, qui ont projeté dans ce lointain inaccessible des formes familières. Jérôme Pety ajoute : "Orion est une constellation bien connue car facilement reconnaissable dans le ciel d’hiver. Cette constellation a été représentée sous la forme d’un chasseur dans de nombreuses cultures. Lorsque j’ai vu les images radio d’Orion pour la première fois, j’ai eu l’impression de voir un homme brandir un sabre. C’était comme si je voyais la radiographie d’un chevalier Jedi !" Ces nouvelles images d’Orion B délivrent ainsi une nouvelle vision du ciel à la fois physique et onirique.

La formation des étoiles


Les données du projet ORION-B éclairent une des questions clés de l’astrophysique moderne, à savoir pourquoi les nuages moléculaires forment-ils si peu d’étoiles ? En effet, alors que les nuages devraient s’effondrer sous leur propre poids pour se transformer entièrement en cœur dense, puis en étoile, il n’y a que quelques pourcents du nuage qui se transforment en réalité en étoile. Quels sont donc les paramètres clés qui régulent le taux de formation des étoiles ? Maryvonne Gerin du CNRS explique : "Une réponse possible réside dans la nature des mouvements du gaz : à agitation turbulente constante, les mouvements de compression déclenchent l’effondrement des cœurs denses en étoiles, alors que les mouvements de rotation offrent une résistance efficace à l’effondrement gravitationnel."

Figure 2 : Le chasseur dessiné par Johannes Hevelius sur la constellation d’Orion dans Prodromus Astronomia, volume III : Firmamentum Sobiescianum, sive Uranographia (1690) et un dessin de chevalier Jedi superposé sur une partie des données du projet ORION-B (Crédit & Copyright : Audrey Pety).

L’équipe quantifie pour la première fois la proportion des mouvements de compression et de rotation qui est injectée dans le nuage Orion B. Jan Orkisz, étudiant en thèse, résume les résultats : "Les mouvements du nuage sont en moyenne principalement injectés sous forme de tourbillons. C’est bien cohérent avec le fait qu’Orion B est le nuage moléculaire proche qui forme le moins d’étoiles rapporté à sa masse. Notre étude montre de plus que, alors que la proportion de mouvements compressifs est faible à grande échelle, cette proportion augmente fortement lorsque nous zoomons sur la nébuleuse de la Flamme qui est la région d’Orion B où la majeure partie de la formation des étoiles se déroule en ce moment."

Les observations du projet ORION-B délivrent un jeu de données impressionnant, correspondant à plus de 160 000 images. Harvey Liszt, astronome à NRAO, commente : "La manière dont ce domaine de la science a évolué est époustouflant. Pendant ma thèse sous la direction du prix Nobel Bob Wilson, je me souviens avoir obtenu le premier spectre très bruité du monoxyde de carbone dans cette région à l’aide de l’un des tout premiers récepteurs d’onde radio millimétrique. Et quelques décennies plus tard, nous obtenons très facilement des cartes de la répartition de nombreuses molécules sur l’ensemble du nuage !"

Il ne fait aucun doute que ce type d’images radio va se généraliser dans un futur proche. Lorsque cela arrivera, l’approche statistique pionnière du projet ORION-B aura délivré les outils nécessaires et l’expérience pour faire parler les jeux de données de plus en plus grands.

Contacts

- Science : Jérôme Pety, pety@iram.fr
- Presse : Karin Zacher, zacher@iram.fr

Références

- Doi:10.1051/0004-6361/201629862 Jérôme Pety, Viviana V. Guzmán, Jan H. Orkisz, Harvey S. Liszt, Maryvonne Gerin, Emeric Bron, Sébastien Bardeau, Javier R. Goicoechea, Pierre Gratier, Franck Le Petit, François Levrier, Karin I. Oberg, Evelyne Roueff, Albrecht Sievers. “The anatomy of the Orion B Giant Molecular Cloud : A local template for studies of nearby galaxies”.
- Doi:10.1051/0004-6361/201629847 Pierre Gratier, Emeric Bron, Maryvonne Gerin, Jérôme Pety, Viviana V. Guzman, Jan Orkisz, Sébastien Bardeau, Javier R. Goicoechea, Franck Le Petit, Harvey Liszt, Karin Öberg, Nicolas Peretto, Evelyne Roueff, Albrecht Sievers, Pascal Tremblin. “Dissecting the molecular structure of the Orion B cloud : Insight from Principal Component Analysis”.
- Doi:10.1051/0004-6361/201629220 Jan H. Orkisz, Jérôme Pety, Maryvonne Gerin, Emeric Bron, Viviana V. Guzmán, Sébastien Bardeau, Javier R. Goicoechea, Pierre Gratier, Franck Le Petit, François Levrier, Harvey Liszt, Karin Öberg, Nicolas Peretto, Evelyne Roueff, Albrecht Sievers, Pascal Tremblin. “Turbulence and star formation efficiency in molecular clouds : solenoidal versus compressive motions in Orion B”.

Recherches liées

- Discover the IRAM 30 meter telescope ! http://www.iram-institute.org/EN/content-page-340-2-340-0-0-0.html
- The discovery of a new interstellar molecule confirms the existence of a petroleum refinery in our galaxy, http://www.iram-institute.org/EN/news-astronomers/2012/68.html
- Zooming into the skin of the Orion hunter, http://www.iram-institute.org/EN/news-astronomers/2016/134.html

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