Une gigantesque cavité dans l’espace jette un nouvel éclairage sur la formation des étoiles

Une cavité géante a été détectée dans la Voie lactée, en cartographiant la poussière interstellaire. Le phénomène en forme de sphère peut expliquer comment les supernovæ conduisent à la formation d'étoiles.

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Cartographier les nuages ​​moléculaires en trois dimensions est assez compliqué, il n’y a pas de mesures de parallaxe pour ces nuages. Une nouvelle méthode publiée aujourd’hui dans un nouvel article sur la structure tridimensionnelle des nuages ​​moléculaires locaux, de C. Zucker et al. utilisent l’extinction différentielle de la poussière dans la bande G de Gaia et la convertit en une densité volumique à l’aide d’une courbe d’extinction dépendant de la longueur d’onde. Cela révèle alors la forme et l’épaisseur des nuages ​​dans ses trois dimensions. C’est la première fois que des nuages ​​moléculaires sont cartographiés dans un espace de densité de gaz 3D, et ce faisant, l’équipe d’astronomes internationaux a repéré une gigantesque cavité entre les deux. L’article “The Per-Tau Shell: A giant star-forming spherical shell revealed by 3D dust observations” de S. Bialy et al. décrit ce gigantesque vide dans l’espace, qui s’étend sur près de 500 années-lumière (plus de 150 pc de diamètre). L’équipe de recherche pense que la cavité a été formée par d’anciennes supernovae qui se sont éteintes il y a environ 10 millions d’années. Ce phénomène en forme de sphère peut expliquer comment les supernovæ conduisent à la formation d’étoiles.

Le vide en forme de sphère, décrit aujourd’hui dans The Astrophysical Journal Letters, s’étend sur environ 150 parsecs – près de 500 années-lumière – et est situé dans le ciel parmi les constellations de Persée et du Taureau. L’équipe de recherche, basée au Centre d’Astrophysique | Harvard & Smithsonian, pense que la cavité a été formée par d’anciennes supernovæ qui se sont produites il y a environ 10 millions d’années. La mystérieuse cavité est entourée par les nuages ​​moléculaires de Persée et du Taureau, des régions de l’espace où se forment les étoiles.

“Des centaines d’étoiles se forment ou existent déjà à la surface de cette bulle géante”, explique Shmuel Bialy, chercheur postdoctoral à l’Institut de théorie et de calcul (ITC) du Centre d’astrophysique (CfA) qui a dirigé l’étude. “Nous avons deux théories: soit une supernova s’est déclenchée au cœur de cette bulle et a poussé le gaz vers l’extérieur, formant ce que nous appelons maintenant la “supercoque Persée-Taureau”, soit une série de supernovae se produisant sur des millions d’années l’a créée au fil du temps”. La découverte suggère que les nuages ​​moléculaires Persée et Taureau ne sont pas des structures indépendantes dans l’espace. Mais plutôt, ils se sont formés ensemble à partir de la même onde de choc de supernova. “Cela démontre que lorsqu’une étoile meurt, sa supernova génère une chaîne d’événements qui peut finalement conduire à la naissance de nouvelles étoiles”, explique Bialy.

Cartographier les pépinières stellaires

La carte 3D de la bulle et des nuages ​​environnants a été créée à l’aide de nouvelles données de Gaia, un observatoire spatial lancé par l’Agence spatiale européenne (ESA). Des descriptions de la manière exacte dont les cartes 3D des nuages ​​moléculaires Persée et Taureau et d’autres nuages ​​proches ont été analysées apparaissent dans une étude distincte publiée aujourd’hui dans The Astrophysical Journal (ApJ). Les deux études utilisent une reconstruction de la poussière créée par des chercheurs de l’Institut Max Planck d’astrophysique en Allemagne.

Les cartes représentent les premiers nuages ​​moléculaires qui ont été cartographiés en 3D. Les images précédentes des nuages ​​étaient limitées à deux dimensions. “Nous avons pu voir ces nuages ​​pendant des décennies, mais nous n’avons jamais su leur vraie forme, leur profondeur ou leur épaisseur. Nous ne savions pas non plus à quelle distance se trouvaient les nuages”, explique Catherine Zucker, chercheuse postdoctorale au CfA qui a dirigé le Étude ApJ. “Maintenant, nous savons où ils se trouvent avec seulement 1% d’incertitude, ce qui nous permet de discerner ce vide entre eux”.

Mais pourquoi cartographier les nuages ​​en premier lieu?

“Il existe de nombreuses théories différentes sur la façon dont le gaz se réorganise pour former des étoiles”, explique Zucker. “Les astronomes ont testé ces idées théoriques à l’aide de simulations dans le passé, mais c’est la première fois que nous pouvons utiliser des vues 3D réelles – et non simulées – pour comparer la théorie à l’observation et évaluer les théories qui fonctionnent le mieux”.

L’univers à portée de main

La nouvelle recherche marque la première fois que des revues de l’American Astronomical Society (AAS) publient des visualisations d’astronomie en réalité augmentée. Les scientifiques et le public peuvent interagir avec la visualisation de la cavité et de ses nuages ​​moléculaires environnants en scannant simplement un QR code  dans le papier avec leur smartphone.

“Vous pouvez littéralement faire flotter l’univers au-dessus de votre table de cuisine”, explique Alyssa Goodman, professeur à Harvard et astronome du CfA, co-auteur des deux études et fondatrice de Glue, le logiciel de visualisation de données utilisé pour créer les cartes des nuages ​​moléculaires. Goodman appelle les nouvelles publications des exemples de «papier du futur» et les considère comme des étapes importantes vers l’interactivité et la reproductibilité de la science, auxquelles AAS s’est engagé en 2015 dans le cadre de ses efforts pour moderniser les publications. “Nous avons besoin d’enregistrements plus riches de découvertes scientifiques”, a déclaré Goodman. “Et les articles scientifiques actuels pourraient faire beaucoup mieux. Toutes les données de ces articles sont disponibles en ligne – sur Harvard’s Dataverse – afin que tout le monde puisse s’appuyer sur nos résultats”.

Goodman envisage de futurs articles scientifiques où de l’audio, de la vidéo et des visuels améliorés sont régulièrement inclus, permettant à tous les lecteurs de comprendre plus facilement la recherche présentée. Elle dit : “Ce sont des visualisations 3D comme celles-ci qui peuvent aider à la fois les scientifiques et le public à comprendre ce qui se passe dans l’espace et les puissants effets des supernovæ”.

Références et lectures complémentaires

  1. Shmuel Bialy et al. “The Per-Tau Shell: A Giant Star-forming Spherical Shell Revealed by 3D Dust Observations”. The Astrophysical Journal Letters, Volume 919, Number 1, 2021.
  2. “On the three-dimensional structure of Local Molecular Clouds” by C. Zucker et al. (ArXiv).
  3. Press release by Center for Astrophysics of Harvard & Smithsonian.
  4. Explainer Video.
  5. Short Highlight Video.
  6. Augmented Reality Video.
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