Une plongée dans le superamas stellaire Westerlund 1 avec le James Webb Space Telescope
Grâce au télescope spatial James Webb, les astronomes ont effectué une plongée profonde dans un superamas stellaire jeune et massif de la Voie lactée, appelé Westerlund 1. Situé à environ 12 000 années-lumière de la Terre, Westerlund 1 est également le superamas d’étoiles supermassives le plus proche de nous. Les superamas d’étoiles tels que Westerlund 1 sont des regroupements d’étoiles dont la masse équivaut à des dizaines de milliers de fois celle du Soleil. Dans ces superamas, les processus qui favorisent les environnements propices à la formation d’étoiles et stimulent la naissance d’étoiles et de planètes sont extrêmement efficaces.
Un superamas stellaire massif et intrigant
Westerlund 1 a une masse équivalente à environ 63 000 fois celle du Soleil et s’étend sur plus de 6,6 années-lumière. Il abrite la plus grande et la plus compacte population d’étoiles monstrueuses de la Voie lactée, avec des centaines d’étoiles très massives réunies dans une région relativement petite. Cela en fait une cible alléchante pour les astronomes qui visent à mieux comprendre une gamme de phénomènes stellaires et l’évolution des systèmes planétaires. Les nouvelles images et les découvertes associées concernant Westerlund 1 ont été fournies par l’Enquête étendue des amas ouverts de Westerlund 1 et 2 (EWOCS).
Une détection jusqu’aux naines brunes
Le chef de l’équipe EWOCS, Mario Giuseppe de l’Observatoire astronomique de Palerme en Italie, a déclaré à Space.com : Nous avons repoussé notre limite de détection jusqu’aux naines brunes de l’amas, qui sont les plus petites étoiles pouvant se former ! Ainsi, nous serons en mesure de déterminer le contenu réel de l’amas et de mesurer des propriétés telles que la distribution de masse de ses étoiles.
L’impact de l’environnement de formation des étoiles sur la formation des planètes
Le télescope spatial James Webb offre également des observations détaillées et profondes prises dans les longueurs d’onde infrarouges, qui peuvent être utilisées pour mettre en évidence les jeunes étoiles encore entourées de disques protoplanétaires, où des planètes se forment peut-être en ce moment même. Selon Giuseppe : Tout cela nous permettra, pour la première fois, de déterminer l’impact de l’environnement de formation des étoiles sur les produits de la formation des étoiles et sur le processus de formation des planètes. Westerlund 1 est un véritable paradis pour les astronomes.
Des observations approfondies grâce à des télescopes de pointe
L’équipe EWOCS ne travaille pas seulement avec les observations du JWST, mais également avec des données provenant du télescope spatial Hubble, du réseau d’antennes millimétriques/submillimétriques de l’Atacama (ALMA), du télescope spatial Chandra de la NASA, et bien d’autres, pour étudier à la fois Westerlund 1 et le superamas légèrement moins massif Westerlund 2.
La formation d’étoiles dans les environnements de starburst
Différentes conditions dans les galaxies peuvent déterminer le taux de formation d’étoiles. Par exemple, des périodes intenses de naissance d’étoiles, connues sous le nom de périodes de starburst, peuvent être déclenchées lorsque les galaxies entrent en collision, provoquant un afflux de gaz et de poussière, qui sont les éléments constitutifs des nouvelles étoiles. Dans ces cas, l’environnement typique de formation d’étoiles prend la forme de régions de formation d’étoiles très massives et supermassives, explique Giuseppe.
Une étude clé pour comprendre la formation des étoiles et des planètes
La Voie lactée héberge aujourd’hui seulement quelques superamas massifs, dont moins de dix sont connus, poursuit Giuseppe. Ces quelques régions sont extrêmement importantes car elles nous permettent d’étudier les conditions de formation des étoiles et des planètes typiques des galaxies de starburst dans l’univers primitif, et d’étendre notre connaissance de la formation des étoiles et des planètes aux environnements de formation d’étoiles les plus extrêmes et les plus énergétiques que nous connaissions. C’est ce qui fait de l’étude de Westerlund 1, l’une de ces régions, un sujet si important.
Des découvertes inattendues grâce au JWST
Les superamas sont souvent cachés par des nuages de gaz et de poussière entre les étoiles de la Voie lactée et sont généralement enfouis dans des champs d’étoiles denses. Cela signifie que l’étude de ces sites de formation intense d’étoiles, en particulier lorsque l’on étudie les étoiles de plus faible masse de la région, nécessite un télescope puissant avec une grande surface de collecte de lumière qui peut capter la lumière infrarouge, capable de passer à travers les nuages denses de matière interstellaire. La lumière visible ne peut pas faire cela.
C’est pourquoi l’équipe EWOCS s’est tournée vers le JWST et ses principaux instruments, l’instrument moyen infrarouge (MIRI) et la caméra infrarouge proche (NIRCam). Bien que Westerlund 1 ait été étudié par de nombreux autres télescopes, y compris Hubble, le JWST a néanmoins fourni à Giuseppe et à ses collègues des résultats inattendus.
Des résultats surprenants grâce aux images de MIRI
Les principales surprises sont venues des images de MIRI, qui ont révélé une nébulosité dense et structurée tout autour et à l’intérieur du superamas, a déclaré le chercheur. Cette nébulosité ne peut guère être un vestige du nuage parental à partir duquel le superamas s’est formé il y a environ 5 millions d’années. Dans les images de MIRI, nous pensons assister à l’accumulation de matière intra-amas à partir du gaz et de la poussière éjectés par les étoiles les plus massives du superamas pendant leurs derniers stades d’évolution, ainsi qu’à l’interaction entre les vents produits par différents types d’étoiles massives.
Les prochaines étapes de l’équipe EWOCS
Giuseppe a déclaré que la prochaine étape sera une étude du gaz intra-amas chaud dans le superamas, étudiée par le biais de l’émission diffuse en rayons X. L’équipe de l’EWOCS publiera ensuite une analyse des phénomènes de haute énergie se produisant dans certains des objets compacts de Westerlund 1, ainsi qu’un calcul de la distribution de masse des étoiles de faible masse dans le superamas. Les chercheurs prévoient également d’analyser la population d’étoiles dotées de disques dans le superamas, ainsi que d’étudier les éjections de matière autour des étoiles les plus évoluées de la région, à savoir les supergéantes rouges et les hypergéantes jaunes.
Ce ne sont là que quelques exemples. Toutes ces études seront possibles non seulement grâce au JWST, mais aussi grâce aux autres grands observatoires tels que Chandra en rayons X, ALMA et Hubble, a conclu Giuseppe. Par ailleurs, l’analyse des observations de Westerlund 2, un superamas légèrement moins massif mais plus jeune que Westerlund 1, en est à un bon stade et nous commencerons bientôt à publier ces résultats.
Les recherches de l’équipe ont été acceptées pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics et sont disponibles en prépublication sur le site du référentiel arXiv.
