Les amas globulaires sont des collections d’étoiles anciennes très denses. De forme grossièrement sphérique, ils contiennent des centaines de milliers, et parfois des millions, d’étoiles. Leur étude aide les astronomes à estimer l’âge de l’univers ou à déterminer où se trouve le centre d’une galaxie.
Il existe environ 150 amas globulaires connus dans la galaxie de la Voie lactée, selon le site HyperPhysics de la Georgia State University. La plupart sont estimés à au moins 10 milliards d’années, et contiennent certaines des plus anciennes étoiles de la galaxie. Les amas se sont probablement formés très tôt, avant que la galaxie ne s’aplatisse en un disque spiralé.
Certains amas globulaires, comme Messier 13 (M13) dans la constellation d’Hercule, sont visibles à l’œil nu. Ils sont jolis à regarder, mais c’est seulement après l’invention des télescopes qu’ils ont commencé à briller dans les cercles d’astronomie. Grâce aux télescopes, il a été possible d’observer de plus près les étoiles de ces amas. Il s’agit principalement d’étoiles rouges de faible masse et d’étoiles jaunes de masse intermédiaire – aucune d’entre elles n’est plus massive que 0,8 masse solaire, selon HyperPhysics.
Quelques autres observations générales sur les amas globulaires, selon l’Université d’État de Pennsylvanie : on les trouve dans toutes les directions du ciel, la densité des étoiles dans un amas globulaire est beaucoup plus grande que la densité des étoiles autour du soleil, et les amas ne contiennent aucun gaz. L’abondance de tout élément plus lourd que l’hélium ne représente que 1 % à 10 % de l’abondance des mêmes éléments dans le soleil.
Physique
Les amas globulaires se sont formés à partir de nuages moléculaires géants, ou d’énormes masses de gaz qui forment des étoiles en s’effondrant. Parce qu’il y a moins de gaz libre disponible aujourd’hui qu’au début de l’univers, les amas globulaires ne peuvent généralement pas se former aujourd’hui.
Cependant, il y a un amas globulaire en formation dans une galaxie proche de la Voie lactée appelée le Grand Nuage de Magellan. Cela est dû au fait qu’il contient une quantité inhabituelle de gaz, a déclaré à Space.com Harvey Richer, astrophysicien à l’Université de Colombie-Britannique à Vancouver, au Canada.
Bien que vous puissiez voir plusieurs générations d’étoiles dans les amas globulaires, ce qui se passe, c’est que les générations suivantes évoluent à partir de la première. La première série d’étoiles engloutit la majeure partie du gaz, puis lorsqu’elles meurent (des millions d’années plus tard), elles éjectent le gaz. Cela signifie que la différence d’âge entre les différentes générations d’amas d’étoiles est faible, moins de 1 % de l’âge de l’amas globulaire, a ajouté Richer.
Les étoiles plus jeunes ont des éléments plus lourds et plus d’hélium que leurs compagnons plus âgés, et ont également des mouvements différents de ceux des étoiles plus anciennes. Des recherches récentes menées avec le télescope spatial Hubble ont révélé que la population d’origine est plus centrée dans l’amas globulaire, tandis que les étoiles plus récentes se diffusent lentement vers l’extérieur.
Chaque amas globulaire se déplace comme un tout dans sa galaxie hôte, mais au sein de l’amas, les étoiles se déplacent également individuellement et de manière aléatoire – presque comme des molécules dans un gaz, a déclaré Richer. Les mouvements individuels des étoiles agissent comme un bouclier qui les empêche de s’écraser les unes contre les autres. Cependant, la gravité agit également comme une colle pour empêcher l’amas d’étoiles de se séparer.
Les amas globulaires tournent également, mais pas autant qu’une galaxie telle que la Voie lactée. Cela s’explique par le fait que le nuage de gaz d’origine à partir duquel les amas ont été créés ne tournait pas non plus rapidement, a déclaré Richer. Cependant, une légère rotation est apparente dans les amas parce qu’ils sont un peu aplatis, montrant le mouvement. Une rotation typique se situe entre 5 et 10 kilomètres par seconde (3 à 6 mph). En revanche, la Voie lactée tourne à 250 km/seconde (155 miles/seconde).
Découvertes précoces
Les deux premiers amas officiellement découverts et nommés à l’ère du télescope furent M22 (dans le Sagittaire, en 1665) et Omega Centauri dans le Centaure, selon l’Encyclopedia Britannica. Comme M13, Omega Centauri est également visible à l’œil nu, mais n’a pas été classé comme un amas globulaire avant d’être examiné au télescope.
M22 a été une découverte notable non seulement pour sa précocité, mais aussi pour l’âge des étoiles qui le composent. Les étoiles ont entre 12 et 13 milliards d’années, ce qui le date à proximité de la formation de l’univers il y a 13,8 milliards d’années, selon l’Agence spatiale européenne.
» n’est pas si surprenant car il s’agit de l’un des amas globulaires les plus brillants visibles depuis l’hémisphère nord, situé dans la constellation du Sagittaire, près du bulbe galactique – la masse dense d’étoiles au centre de la Voie lactée « , selon l’ESA.
Il est délicat de trouver M13 à l’œil nu, mais si le ciel est particulièrement sombre et clair, c’est possible, écrit l’ESA. Omega Centauri et M13 ont tous deux été découverts par Edmund Halley au 18e siècle ; Halley est surtout connu comme l’astronome qui a compris que la comète de Halley revient périodiquement sur Terre.
« Comme l’a écrit Halley : ‘Ceci n’est qu’un petit Patch, mais il se montre à l’œil nu, quand le Ciel est serein et la Lune absente' », écrit l’ESA. Des siècles plus tard, M13 a également été la cible du message du radiotélescope d’Arecibo aux extraterrestres en 1974.
En 1917, l’astronome Harlow Shapley, étudiant les Céphéides, un certain type d’étoiles variables au sein de chaque amas, a noté que ces étoiles brillent à une luminosité prévisible en fonction de la distance du récepteur. Il a pu calculer les distances à ces étoiles, ce qui a révélé que le centre galactique se trouve dans la constellation du Sagitarrius.
Shapley a également noté que les amas globulaires sont disposés symétriquement autour de la galaxie, mais qu’ils étaient disposés également au-dessus et au-dessous du plan galactique, semblant éviter le plan lui-même.
Le modèle de Shapley a considérablement augmenté la taille de la galaxie et a poussé le système solaire – et l’humanité – plus loin du centre. Cependant, Shapley croyait que l’univers était « une unité unique, énorme et englobante », selon l’Institut américain de physique. En s’appuyant sur les recherches de Shapley, Edwin Hubble a découvert des amas globulaires encore plus éloignés – jusqu’à dix fois plus éloignés – qui se trouvaient au-delà de la Voie lactée, dans d’autres galaxies. Présenté avec les preuves de Hubble, Shapley aurait été heureux de voir ses théories réfutées.
La contribution de Hubble
Le télescope spatial éponyme Hubble a été particulièrement productif lorsqu’il s’agit d’observer les amas globulaires, car ils ne sont pas obscurcis par l’atmosphère terrestre. En l’absence de scintillement des étoiles, celles-ci sont plus nettes. Il est donc plus facile de calculer leur distance et leurs propriétés. Dans une seule zone de la constellation de la Vierge, écrit la NASA dans un communiqué en 2008, le télescope a révélé plus de 11 000 amas globulaires.
Au même moment, le télescope a donné des indices sur la raison pour laquelle M87 (qui est encastré dans la même région) a plus d’amas d’étoiles que ce à quoi on pourrait s’attendre. Cela s’explique par le fait que M87 et les amas comme lui ont été créés dans des zones très denses de l’univers qui offraient des conditions plus favorables à la naissance d’étoiles, qui a lieu dans des nuages de gaz appelés nébuleuses.
Hubble a également détruit une perception de longue date parmi les astronomes selon laquelle les amas globulaires contiennent toujours des étoiles ayant à peu près le même âge. Les amas globulaires les plus massifs s’accrochent vraisemblablement à toute matière qui se trouve à proximité et donnent naissance à de nouvelles générations d’étoiles, écrit la NASA dans un communiqué antérieur.
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