Des dizaines d'étoiles fugitives ont été capturées fuyant un amas d'étoiles dense dans une galaxie satellite de la Voie Lactée. L'essaim d'étoiles à grande vitesse pourrait signifier que ces fugues ont eu une plus grande influence sur l'évolution cosmique qu'on ne le pensait auparavant, rapportent les astronomes le 9 octobre dans Nature.
Les étoiles massives naissent dans de jeunes amas, si rapprochés les uns des autres qu'ils peuvent se bousculer les uns les autres. Parfois, des rencontres entre des paires d’étoiles massives ou des explosions de supernova voisines peuvent envoyer une étoile sortir complètement de l’amas pour chercher fortune dans la galaxie plus large et au-delà.
L'astronome Mitchel Stoop et ses collègues ont recherché des étoiles en fuite autour d'un énorme amas d'étoiles massives appelé Radcliffe 136 en utilisant les données de la sonde spatiale Gaia sur les vitesses et les positions de milliards d'étoiles. (SN : 13/06/22). R136 est situé à environ 170 000 années-lumière de la Terre dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine qui orbite autour de la Voie Lactée.
Le cluster « est un objet emblématique », déclare l'astrophysicienne Sally Oey de l'Université du Michigan à Ann Arbor, qui n'a pas participé aux nouveaux travaux. La vue depuis le voisinage de la Terre est si claire que « nous pouvons vraiment regarder les choses de près et personnellement ».
Des études précédentes avaient trouvé quelques étoiles fuyant l'amas (SN : 07/05/10). Mais dans le cadre d'une recherche plus large, Stoop a découvert que 55 étoiles avaient fui à des vitesses supérieures à environ 100 000 kilomètres par heure au cours des 3 derniers millions d'années.
« C'est un chiffre incroyable auquel il faut penser », déclare Stoop. L’observation suggère qu’au moins un tiers des étoiles les plus brillantes et les plus massives nées dans l’amas ont quitté leur foyer.
Cela signifie que les étoiles en fuite pourraient constituer une force sous-estimée dans l’univers. Ces étoiles massives, d'une masse d'environ cinq à 140 fois celle du Soleil, émettent des rayons ultraviolets et des vents stellaires supersoniques qui peuvent sculpter le gaz et la poussière qui les entourent. (SN : 11/07/22). À la fin de leur vie, les étoiles lourdes explosent sous forme de supernovas, répandant des éléments lourds dans toute la galaxie. (SN : 7/7/21).
« Avant, nous nous attendions à ce qu'il y ait peut-être une poignée de fugueurs », explique Stoop. Mais en raison de leur nombre présumé faible, dit-il, ils seraient exclus des études et des simulations. Si chaque amas perd environ un tiers de ses étoiles au profit de la galaxie environnante, ou même de l’espace entre les galaxies, « ils pourraient peut-être contribuer de manière majeure au déversement de tous ces photons ultraviolets dans le milieu intergalactique ».
De tels évadés pourraient également avoir eu une profonde influence sur l’évolution de l’univers primitif. Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d'années, une source de rayonnement ultraviolet a dépouillé les électrons d'un brouillard omniprésent d'atomes d'hydrogène, un phénomène appelé réionisation. (SN : 11/7/19).
Les astronomes pensent que la plupart des photons, ou particules de lumière, qui ont dissipé le brouillard cosmique provenaient de galaxies naines. (SN : 06/02/17). Mais les simulations ont montré que seule une fraction des photons nécessaires peut s’échapper de l’environnement de ces galaxies. Les étoiles en fuite pourraient aider à expliquer la différence, dit Stoop.
«Peut-être que cela s'est produit dans [early universe] les galaxies également, à l’époque de la réionisation », dit-il.
Oey déclare : « Il ne fait aucun doute que les stars en fuite sont vraiment importantes et ont été sous-estimées. » Mais, dit-elle, il existe d'autres moyens d'éliminer les rayonnements ionisants des galaxies, et on ne sait pas vraiment quelle différence cela ferait, y compris les étoiles en fuite.
Le moment où les étoiles s'échappent de R136 pourrait également remettre en question la pertinence plus large des étoiles en fuite pour la réionisation.
Étonnamment, les étoiles n’ont pas toutes migré en une seule vague. Les scientifiques le savent car ils connaissent la vitesse et la distance des étoiles et peuvent calculer le moment où elles ont commencé leur fuite. La plupart des fuyards ont fui R136 dans toutes les directions il y a environ 1,8 million d'années, lorsque l'amas se formait. C'est ce à quoi on s'attendrait s'ils étaient expulsés par des rencontres avec d'autres étoiles massives.
Mais 16 des évadés ont quitté le cluster plus récemment, il y a à peine 200 000 ans. Et ils fuyaient tous dans la même direction. Stoop et ses collègues pensent que la fuite de ces étoiles pourrait avoir été déclenchée par une fusion avec un autre amas.
« Cela semble être un événement assez unique », déclare l'astrophysicienne Kaitlin Kratter de l'Université de l'Arizona à Tucson. Si la double éjection de R136 est inhabituelle, il pourrait alors être difficile d'extrapoler le nombre d'étoiles que d'autres amas perdent au profit de leur environnement cosmique. Trouver des preuves de vagues similaires dans d’autres clusters aiderait à résoudre la question.
