cœur de la Voie lactée

Des observations combinées du James Webb et du Hubble ont permis de dater avec une précision inédite les quatre populations stellaires de Terzan 5 : 12,5 milliards d’années, 4,7 milliards, 3,8 milliards et enfin 2,5 milliards d’années. Une découverte qui bouleverse notre compréhension de la formation des galaxies.

Un “fossile de bulbe” qui défie les modèles classiques

Terzan 5, découvert en 1968 par l’astronome turco-français Agop Terzan, était jusqu’à présent classé comme un amas globulaire classique – ces regroupements d’étoiles anciennes nées en une seule fois. Mais les nouvelles données révèlent une histoire bien plus complexe. Situé à seulement 19 000 années-lumière dans la constellation du Sagittaire, au cœur de la bulbe galactique, cet objet de 200 000 étoiles a survécu intact à la formation même de la Voie lactée, alors que la plupart des systèmes similaires ont été détruits ou assimilés.

“Pour une raison inconnue, ce regroupement d’étoiles s’est formé séparément de la bulbe et n’a pas été détruit alors que celle-ci se formait.”

Les astronomes appellent désormais Terzan 5 un “fossile de bulbe” car il représente exactement le type de fragments primordiaux qui, selon les simulations, ont contribué à construire les bulbes galactiques il y a des milliards d’années. Contrairement aux amas globulaires classiques qui ont épuisé leur gaz stellaire en une seule génération, Terzan 5 a conservé suffisamment de matière pour engendrer quatre vagues successives de formation stellaire, comme l’explique Barbara Lanzoni de l’Université de Bologne :

“Selon nos observations et simulations, les galaxies primitives possédaient des disques de gaz instables qui se fragmentaient en amas stellaires. Ces amas migraient vers le centre galactique et fusionnaient pour former les bulbes. Terzan 5 est un survivant exceptionnel de ce processus.”

La méthode révolutionnaire combinant Webb et Hubble

L’identification de ces quatre générations stellaires n’aurait pas été possible sans la combinaison unique des capacités des deux télescopes. Le James Webb, avec sa vision infrarouge, a permis de percer la dense poussière interstellaire qui obscurcit normalement cette région centrale, révélant des étoiles 100 fois plus faibles que ce que Hubble pouvait détecter. Pendant ce temps, Hubble a utilisé ses 12 années d’observations pour mesurer les mouvements propres des étoiles – ces infimes déplacements qui ont permis de distinguer les membres de Terzan 5 des étoiles de la bulbe environnante.

Les chercheurs ont ensuite analysé la couleur et la luminosité de chaque étoile pour les classer par âge et composition chimique. Résultat : une séquence claire montrant comment chaque génération stellaire a enrichi progressivement le milieu interstellaire en éléments lourds, grâce aux supernovas des étoiles précédentes. “Terzan 5 conserve un enregistrement fossile de cet enrichissement progressif”, souligne le Dr R. Michael Rich de l’Université de Californie à Los Angeles.

Pourquoi cette découverte change-t-elle notre vision de la Voie lactée?

Cette découverte force les astronomes à repenser la formation des galaxies. Jusqu’à présent, on pensait que les bulbes galactiques se formaient par fusion de nombreux petits amas stellaires, chacun ayant une histoire distincte. Mais Terzan 5 montre qu’au moins un de ces fragments a survécu intact, préservant ainsi une mémoire vivante de l’époque où la Voie lactée n’était qu’un disque de gaz en effondrement.

Plus important encore, cette étude valide les prédictions des simulations numériques les plus avancées sur la formation des galaxies. Comme l’explique Giorgia Zullo, doctorante à Bologne et auteure principale de l’étude :

“Les nouvelles observations infrarouges de Webb, combinées aux archives de Hubble, nous ont donné une image bien plus claire de l’histoire de Terzan 5. Ce système nous offre une fenêtre unique sur les processus qui ont façonné les galaxies il y a plus de 10 milliards d’années.”

Les implications pour la recherche sur les galaxies

Cette découverte ouvre plusieurs pistes de recherche majeures. Premièrement, elle suggère qu’il pourrait exister d’autres “fossiles de bulbe” dans notre galaxie, encore à découvrir. Deuxièmement, elle confirme que les bulbes galactiques ne se forment pas uniquement par fusion de petits amas, mais aussi par accumulation progressive de matière à partir de ces fragments survivants.

Les astronomes espèrent maintenant utiliser ces résultats pour affiner les modèles de formation galactique. En particulier, ils veulent comprendre pourquoi Terzan 5 a survécu alors que la plupart des autres fragments ont été détruits. Une possibilité est que sa masse exceptionnelle (environ 2 millions de fois celle du Soleil) lui ait permis de résister aux forces de marée de la galaxie.

Et après Terzan 5? Les prochaines étapes

Les chercheurs prévoient plusieurs suites à cette découverte. D’abord, ils veulent étendre cette analyse à d’autres amas suspects dans la bulbe galactique, comme Palomar 6 ou NGC 6522, qui pourraient aussi être des fossiles similaires. Ensuite, ils comptent utiliser les données de Webb pour étudier la composition chimique détaillée de chaque génération stellaire, ce qui pourrait révéler des indices sur les premières étoiles de notre galaxie.

À plus long terme, cette découverte pourrait avoir un impact sur notre compréhension de l’évolution des galaxies en général. Si Terzan 5 est bien représentatif des processus qui ont façonné la Voie lactée, alors des systèmes similaires pourraient exister dans d’autres galaxies, offrant ainsi des laboratoires naturels pour étudier la formation des bulbes galactiques dans l’univers jeune.

Une chose est sûre : avec Terzan 5, les astronomes disposent désormais d’un véritable “livre d’histoire” stellaire, écrit sur une période de plus de 12 milliards d’années. Et ce livre n’a pas fini de nous surprendre.

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