Communiqué de presse

Des astronomes détectent du fluor à une distance encore jamais atteinte dans une galaxie à formation d'étoiles

4 novembre 2021

Une nouvelle découverte permet de mieux comprendre comment le fluor - un élément présent dans nos os et nos dents sous forme de fluorure - est forgé dans l'Univers. Grâce à ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), dont l'Observatoire Européen Austral (ESO) est partenaire, une équipe d'astronomes a détecté cet élément dans une galaxie si lointaine que sa lumière a mis plus de 12 milliards d'années à nous parvenir. C'est la première fois que le fluor a été repéré dans une galaxie à formation d'étoiles aussi lointaine.

"Nous connaissons tous le fluor car le dentifrice que nous utilisons tous les jours en contient sous forme de fluorure", explique Maximilien Franco, de l'Université de Hertfordshire au Royaume-Uni, qui a dirigé la nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy. Comme la plupart des éléments qui nous entourent, le fluor est créé à l'intérieur des étoiles mais, jusqu'à présent, nous ne savions pas exactement comment cet élément était produit. "Nous ne savions même pas quel type d'étoiles produisait la majorité du fluor dans l'Univers !".

Maximilien Franco et ses collaborateurs ont repéré du fluor (sous forme de fluorure d'hydrogène) dans les grands nuages de gaz de la galaxie lointaine NGP-190387, que nous voyons telle qu'elle était lorsque l'Univers n'avait que 1,4 milliard d'années, soit environ 10 % de son âge actuel. Comme les étoiles expulsent les éléments qu'elles forment dans leur cœur lorsqu'elles arrivent en fin de vie, cette détection implique que les étoiles qui ont créé le fluor ont dû vivre et mourir rapidement.

L'équipe pense que les étoiles Wolf-Rayet, des étoiles très massives qui ne vivent que quelques millions d'années, un clin d'œil dans l'histoire de l'Univers, sont les sites de production de fluor les plus probables. Selon ces chercheurs, ces étoiles sont nécessaires pour expliquer les quantités de fluorure d'hydrogène qu'ils ont repérées. Les étoiles Wolf-Rayet avaient déjà été suggérées comme sources possibles de fluor cosmique, mais les astronomes ignoraient jusqu'à présent leur rôle dans la production de cet élément au début de l'Univers.

"Nous avons montré que les étoiles Wolf-Rayet, qui comptent parmi les étoiles les plus massives connues et qui peuvent exploser violemment lorsqu'elles arrivent en fin de vie, nous aident, en quelque sorte, à conserver une bonne santé dentaire !" plaisante Maximilien Franco.

Outre ces étoiles, d'autres scénarios concernant la production et l'expulsion du fluor ont été avancés par le passé. Il s'agit par exemple des pulsations d'étoiles géantes et évoluées dont la masse peut atteindre plusieurs fois celle de notre Soleil, appelées étoiles de la branche asymptotique des géantes. Mais l'équipe pense que ces scénarios, dont certains prennent des milliards d'années à se produire, pourraient ne pas expliquer entièrement la quantité de fluor dans NGP-190387.

"Pour cette galaxie, il n'a fallu que quelques dizaines ou centaines de millions d'années pour avoir des niveaux de fluor comparables à ceux trouvés dans les étoiles de la Voie lactée, qui a 13,5 milliards d'années. C'est un résultat totalement inattendu", explique Chiaki Kobayashi, professeure à l'université de Hertfordshire. "Notre mesure ajoute une contrainte totalement nouvelle sur l'origine du fluor, qui a été étudiée pendant deux décennies."

La découverte de NGP-190387 constitue l'une des premières détections de fluor au-delà de la Voie Lactée et de ses galaxies voisines. Les astronomes ont déjà repéré cet élément dans des quasars lointains, des objets brillants alimentés par des trous noirs supermassifs au centre de certaines galaxies. Mais jamais auparavant cet élément n'avait été observé dans une galaxie à formation d'étoiles si tôt dans l'histoire de l'Univers.

La détection du fluor par l'équipe est une découverte fortuite rendue possible grâce à l'utilisation d'observatoires spatiaux et terrestres. NGP-190387, découverte à l'origine par l'observatoire spatial Herschel de l'Agence Spatiale Européenne, puis observée par ALMA situé au Chili, est extraordinairement lumineuse au regard de sa distance. Les données ALMA ont confirmé que la luminosité exceptionnelle de NGP-190387 était en partie due à une autre galaxie massive connue, située entre NGP-190387 et la Terre, très près de la ligne de visée. Cette galaxie massive a amplifié la lumière observée par Maximilien Franco et ses collaborateurs, leur permettant de repérer le faible rayonnement émis il y a des milliards d'années par le fluor de NGP-190387.

De futures études de NGP-190387 avec l'Extremely Large Telescope (ELT) - le nouveau projet phare de l'ESO, en cours de construction au Chili et dont l'exploitation devrait commencer dans le courant de la décennie - pourraient révéler d'autres secrets sur cette galaxie. "ALMA est sensible au rayonnement émis par le gaz et la poussière interstellaires froids", explique Chentao Yang, boursier de l'ESO au Chili. "Avec l'ELT, nous serons en mesure d'observer NGP-190387 à travers la lumière directe des étoiles, ce qui nous permettra d'obtenir des informations cruciales sur le contenu stellaire de cette galaxie."

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article intitulé "The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4" publié dans Nature Astronomy.

L’équipe est composée de M. Franco (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Royaume Uni [CAR]), K. E. K. Coppin (CAR), J. E. Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Canada and National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada), C. Yang (European Southern Observatory, Chili), E. González-Alfonso (Universidad de Alcalá, Departamento de Física y Matematicas, Espagne), J. S. Spilker (Department of Astronomy, University of Texas at Austin, USA), A. Cooray (Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, USA), M. J. Michałowski (Astronomical Observatory Institute, Faculty of Physics, Pologne).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de percer les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 16 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l’Irlande, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est l'un des plus grands télescopes conçus exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

L'Université du Hertfordshire met le bénéfice de l'enseignement supérieur à la portée de tous. Ses étudiants, son personnel et ses entreprises atteignent systématiquement leur plein potentiel. Grâce à un enseignement de grande qualité, 550 programmes diplômants, des projets de recherche de pointe et de puissants partenariats commerciaux, l'université voit plus grand, se distingue et a un impact positif sur les communautés locales, nationales et internationales.

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Contacts

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Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tél: +33-649956665
Courriel: m.franco@herts.ac.uk

Chiaki Kobayashi
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tél: +44-7757116615
Courriel: c.kobayashi@herts.ac.uk

Chentao Yang
European Southern Observatory
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Tél: +56 2 2463 3053
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