Les étoiles fugitives pourraient influencer le cosmos bien au-delà de leurs galaxies d'origine

Des dizaines d'étoiles fugitives ont été attrapées en train de fuir un amas stellaire dense dans une galaxie satellite de la Voie lactée. Le troupeau d'étoiles filantes pourrait signifier que de tels fugitifs ont eu une plus grande influence sur l'évolution cosmique que ce qui était précédemment pensé, rapportent les astronomes le 9 octobre dans Nature.

Les étoiles massives naissent dans de jeunes amas, compactés si étroitement ensemble qu'elles peuvent se bousculer mutuellement. Parfois, des rencontres entre des paires d'étoiles massives ou des explosions de supernova voisines peuvent envoyer une étoile en fuite hors de l'amas, cherchant sa chance dans la galaxie plus large et au-delà.

L'astronome Mitchel Stoop et ses collègues ont cherché des étoiles en fuite autour d'un énorme amas d'étoiles massives appelé Radcliffe 136 en utilisant les données de l'engin spatial Gaia sur les vitesses et positions de milliards d'étoiles. R136 est situé à environ 170 000 années-lumière de la Terre dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine en orbite autour de la Voie lactée.

L'amas "est un objet emblématique", déclare l'astrophysicienne Sally Oey de l'Université du Michigan à Ann Arbor, qui n'a pas participé au travail. La vue depuis le voisinage de la Terre est si claire, "nous pouvons vraiment regarder les choses de près et personnellement."

Des études antérieures avaient trouvé quelques étoiles fuyant l'amas. Mais dans une recherche plus étendue, Stoop a découvert que 55 étoiles avaient fui à des vitesses dépassant environ 100 000 kilomètres par heure au cours des 3 derniers millions d'années.

"C'est un nombre incroyable à penser", dit Stoop. L'observation suggère que jusqu'à un tiers des étoiles les plus brillantes et massives nées dans l'amas ont quitté leur foyer.

Cela signifie que les étoiles en fuite pourraient être une force sous-estimée dans l'univers. Ces étoiles massives, d'environ cinq à 140 fois la masse du soleil, émettent un rayonnement ultraviolet et des vents stellaires supersoniques qui peuvent sculpter le gaz et la poussière autour d'elles. À la fin de leur vie, les étoiles lourdes explosent en supernovas, dispersant des éléments lourds dans la galaxie.

"Auparavant, nous nous attendions peut-être à ce qu'il y ait seulement quelques fugitifs", explique Stoop. Mais en raison de leur faible nombre supposé, dit-il, ils étaient exclus des études et des simulations. Si chaque amas perdait plutôt environ un tiers de ses étoiles vers la galaxie environnante, voire l'espace entre les galaxies, "ils pourraient peut-être avoir une contribution majeure au rejet de tous ces photons ultraviolets dans le milieu intergalactique."

Ces fugitifs pourraient également avoir eu une influence profonde sur l'évolution de l'univers primitif. Dans les quelques centaines de millions d'années suivant le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d'années, une source de rayonnement ultraviolet a arraché des électrons à un brouillard omniprésent d'atomes d'hydrogène, un phénomène appelé réionisation.

Les astronomes pensent que la plupart des photons qui ont dégagé le brouillard cosmique venaient de galaxies naines. Mais les simulations ont montré que seule une fraction des photons nécessaires pouvait s'échapper des environnements de ces galaxies. Les étoiles en fuite pourraient aider à expliquer la différence, selon Stoop.

"Peut-être que cela s'est produit dans les galaxies [du début de l'univers] également, pendant l'époque de la réionisation", dit-il.

Oey déclare que les étoiles en fuite sont vraiment importantes et ont été sous-estimées. Mais, dit-elle, il existe d'autres moyens d'obtenir du rayonnement ionisant hors des galaxies, et il n'est pas clair dans quelle mesure l'inclusion des étoiles en fuite ferait une différence.

Le moment de l'évasion des étoiles de R136 pourrait également compliquer la pertinence plus large des étoiles en fuite pour la réionisation.

De manière surprenante, les étoiles n'ont pas toutes migré en une seule vague. Les scientifiques le savent car ils ont les vitesses et les distances des étoiles et peuvent calculer quand elles ont commencé leur évasion. La plupart des fugitifs ont fui R136 dans toutes les directions il y a environ 1,8 million d'années, lorsque l'amas était en formation. C'est ce à quoi vous vous attendriez s'ils avaient été expulsés par des rencontres avec d'autres étoiles massives.

Mais 16 des fugitifs ont quitté l'amas plus récemment, il y a environ 200 000 ans. Et ils fuyaient tous dans la même direction. Stoop et ses collègues pensent que l'évasion 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 l'éjection double de R136 est inhabituelle, il pourrait être difficile d'extrapoler combien d'étoiles d'autres amas perdent vers leurs environs cosmiques. Trouver des preuves de vagues similaires dans d'autres amas aiderait à répondre à la question.