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Vue d’artiste du mince flux d’étoiles arrachées à l’amas globulaire de Phoenix, s’enroulant autour de notre Voie lactée (à gauche). Pour cette étude, les astronomes ont ciblé des étoiles géantes rouges brillantes, afin de mesurer la composition chimique de l’amas globulaire Phœnix perturbé (à droite) © James Josephides (Swinburne Astronomy Productions) et la collaboration S5

Imaginez une sphère composée d’un million d’étoiles liées entre elles par la gravité, et orbitant autour d’un noyau galactique : c’est un amas globulaire. La Voie lactée abrite quelque 150 de ces amas, dont le halo ténu enveloppe notre galaxie.

Dans un exercice « d’archéologie stellaire », selon les termes de Ting Li, de l’institut Carnegie pour la science, en Californie, une équipe internationale s’est intéressée à un flux d’étoiles présent dans la constellation de Phoenix : les restes d’un ancien amas globulaire, déchiré par la gravité de la Voie lactée il y a 2 milliards d’années. Publiée dans la revue Nature de ce jour, une telle analyse bouscule la manière dont les scientifiques concevaient jusqu’à présent la formation de ces vastes objets célestes.

En effet, cet amas globulaire semble avoir eu un cycle de vie bien différent des amas observés aujourd’hui. C’est ce que révèle le travail mené dans le cadre de la collaboration S5 (Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey Collaboration), qui vise à cartographier le mouvement et la chimie des courants stellaires dans l’hémisphère sud à partir des données de l’observatoire de Siding Spring, en Australie. Comme explique Ting Li, « les restes d’amas globulaire qui composent le flux Phoenix ont été perturbés il y a plusieurs milliards d’années, mais conservent heureusement le souvenir de sa formation au tout début de l’univers, lisible dans la composition chimique de ses étoiles ».

La composition d’une étoile reflète en effet celle du nuage de gaz galactique dont elle est issue. Plus les générations précédentes d’étoiles ont ensemencé ce matériau avec des éléments lourds produits au cours de leur vie, plus les étoiles sont enrichies, ou « métalliques ». Une étoile très ancienne et primitive ne comportera donc presque pas d’éléments lourds, contrairement à une jeune étoile.

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Vue d’artiste du flux Phénix. À l’origine amas globulaire, Phoenix a été étiré en un flux d’étoiles par l’attraction gravitationnelle de la Voie lactée. Dans quelques milliards d’années, Phoenix sera complètement détruit et absorbé par notre galaxie © Geraint F. Lewis et la collaboration S5

Or “nous avons été vraiment surpris de constater que le flux Phoenix est nettement différent de tous les autres amas globulaires de la Voie lactée, souligne l’auteur principal de l’étude, Zhen Wan, de l’université de Sydney. Même si l’amas a été détruit il y a des milliards d’années, nous pouvons dire qu’il s’est formé dans l’univers primitif”.

Les amas globulaires connus sont enrichis d’éléments lourds forgés par les générations stellaires précédentes : on considérait donc qu’une quantité minimale d’éléments plus lourds au moins était indispensable à la formation d’un amas globulaire. Or le « progéniteur » – l’amas originel – du courant Phoenix se trouve bien en-dessous de cette « métallicité » minimale prédite, la « métallicité » désignant les éléments chimiques hors hélium et hydrogène (autrement dit, les « métaux »).

« Une explication possible est que ce flux représente le dernier dans son genre, l’ultime représentant d’une population d’amas globulaires née dans des environnements radicalement différents de ceux que nous voyons aujourd’hui », avance Ting Li. Mais d’autres vestiges d’anciens amas globulaires pourraient aussi subsister sous la forme de faibles courants.  Dans tous les cas, « il reste beaucoup de travail théorique à faire, et il y a désormais de nouvelles questions à explorer sur la formation des amas globulaires », estime Geraint Lewis, de l’université de Sydney, également co-auteur de l’étude.