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La Galaxie a connu un sursaut de formation d’étoiles il y a 2-3 milliards d’années.

Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Institut des sciences du cosmos de l’Université de Barcelone (ICCUB, UB-IEEC), de l’Observatoire astronomique de Besançon (OSU THETA) et de l’Institut UTINAM (UMR CNRS/UFC 6213) a découvert, analysant des données du satellite Gaia, qu’une importante formation d’étoiles s’est produite dans la Voie Lactée il y a trois milliards d’années. Ce processus a pu former plus de 50% des étoiles du disque galactique. Ces résultats proviennent de la combinaison des distances, des couleurs et de la magnitude des étoiles mesurées par Gaia avec des modèles prédictifs de leur distribution dans notre galaxie. Le modèle de base est le modèle de la Galaxie de Besançon développé par l’équipe de Annie Robin à l’Institut UTINAM. Ce modèle est internationalement reconnu comme une référence. L’étude a été publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics, et mise en exergue dans la revue Nature.

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La distribution des 3 millions d’étoiles utilisées pour détecter la formation d’étoiles qui a éclaté il y a 2 ou 3 milliards d’années. Gaia a fourni la distance pour chacun de ces astres dans le disque galactique. La distribution est superposée à un schéma des bras spiraux de la voie lactée. - Crédit photo : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

De la même manière que la flamme du poêle s’éteint lorsque il n’y a plus de gaz, le taux de formation d’étoiles dans le disque de la Voie Lactée, alimenté par le gaz interstellaire présent, décroit lentement et continuellement jusqu’à ce que tout le gaz existant soit épuisé. Les résultats trouvés dans cet article indiquent qu’une forte poussée de formation stellaire ou de baby-boom stellaire - comme décrit dans l’article publié dans Nature Research Highlights - a eu lieu alors que le gaz était en train de s’épuiser. Il est possible que la fusion avec un satellite de galaxie de la Voie lactée, riche en gaz, aie pu fournir un nouveau combustible et réactiver le processus de formation stellaire, comme lorsque la bonbonne de gaz est remplacée. Ce mécanisme expliquerait la répartition des distances, des âges et des masses déduite des données fournies par le satellite Gaia, projet de l’Agence spatiale européenne (ESA).

"L’échelle de temps de cette formation d’étoiles et la grande quantité de masse stellaire impliquée dans le processus, des millions de millions de masse solaire, suggère que le disque de notre galaxie n’a pas eu d’évolution constante. Mais il a peut-être subi une perturbation qui a débuté il y a environ cinq milliards d’années ", a déclaré Roger Mor, étudiant en thèse à l’Université de Barcelone et premier signataire de l’article.

"Cette découverte a été rendue possible grâce à la détection, pour la première fois, de distances précises pour plus de trois millions d’étoiles dans l’environnement solaire", explique Roger Mor. "Grâce à ces données," a-t-il poursuivi, "nous avons pu découvrir les mécanismes qui ont gouverné l’évolution de plus de 10 milliards d’années du disque de notre galaxie, la Voie Lactée ». Comme dans de nombreux autres domaines de recherche, cette découverte a été rendue possible par le fait que nous avons pu combiner une grande quantité de données avec une précision sans précédent avec la disponibilité d’un très grand nombre d’heures de calcul du Centre des services scientifiques et universitaires de Catalogne (CSUC) dans le cadre du projet GENIUS, financé par le 7ème programme-cadre de l’UE.

Les modèles cosmologiques prédisent que notre galaxie aurait grandi en se fusionnant avec d’autres galaxies, un fait que d’autres travaux ont déjà montré. L’une de ces fusions pourrait être à l’origine de la forte poussée de formation d’étoiles détectée dans ce travail. «En fait, le pic stellaire observé est tellement évident - contrairement à ce que nous prédisions avant de disposer de données Gaia - que nous avons trouvé nécessaire de faire appel à des experts de l’évolution cosmologique des galaxies externes pour l’interprétation ", explique Francesca Figueras, professeur au département de physique quantique et d’astrophysique de l’UB, membre de l’ICCUB et signataire de l’article.

Selon l’expert des simulations de galaxies similaire à la Voie lactée, Santi Roca-Fàbrega - de l’Université de Madrid et également signataire de l’article ", les résultats obtenus correspondent à ce que prédisent les modèles cosmologiques actuels, et plus encore - poursuit-il - notre galaxie vue des yeux de Gaia est un excellent laboratoire cosmologique où nous pouvons tester et confronter des modèles à plus grande échelle dans l’univers. "

La mission Gaia consiste à observer tout le ciel, et en particulier la Voie lactée, pour déterminer les distances des étoiles. Le satellite a été lancé par l’ESA en décembre 2013. Ce travail a été réalisé avec les données du deuxième catalogue de la mission Gaia, publié le 25 avril 2018 seulement il y a un an.
Plus de 400 scientifiques et ingénieurs de toute l’Europe font partie du consortium chargé de la préparation et de la validation de ces données. "Leur travail collectif a fourni à la communauté scientifique internationale un catalogue obligeant à repenser bon nombre des scénarios existants sur l’origine et l’évolution de notre galaxie", a déclaré Luri.

« La méthode d’analyse mise en oeuvre par Roger Mor pendant sa thèse est basée sur le modèle de la Galaxie développé depuis les années 1980 à Besançon » a déclaré Annie Robin. Cette méthode est très robuste et permet d’analyser en détail l’évolution du disque de la Galaxie dans le temps, et ainsi comprendre son histoire. C’est de l’archéologie galactique. Ce travail a été possible seulement grâce à la très grande précision des observations du satellite Gaia et à des méthodes d’analyse sophistiquées.

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La région de formation d’étoiles Rho Ophiuchi observée par le satellite Gaia de l’ESA. Les points lumineux sont les amas stellaires qui contiennent les étoiles les plus massives et les plus jeunes de la région. Les filaments sombres retracent la distribution des gaz et des poussières, où de nouvelles étoiles émergent. Il ne s’agit pas d’une image photographique classique, mais de l’intégration de l’ensemble des rayonnements reçus par le satellite au cours des 22 mois de balayage continu du ciel. Crédits: ESA / Gaia / DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

Contact: Annie Robin, Institut UTINAM, annie.robin at obs-besancon.fr, +33 381666941

Référence de l’article :
R. Mor, A. C. Robin, F. Figueras, S. Roca-Fàbrega and X. Luri. “Gaia DR2 reveals a star formation burst in the disc 2–3 Gyr ago”. Astronomy and Astrophysics, Volume 624, April 2019. DOI: 10.1051/0004-6361/201935105

Reference à l’article de Nature Highlight:
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01226-2

Reference du communiqué de presse en anglais:
https://www.ub.edu/web/ub/en/menu_eines/noticies/2019/05/015.html