6 novembre 1997

Aux sources des abondances

Comprendre l'histoire des galaxies représente l'ultime quête de nos origines.
Parce que sans étoiles, il n'y aurait tout simplement pas d'humanité.

Si un voyageur cosmique prenait place à bord d'un vaisseau le conduisant du centre à la périphérie de notre galaxie, ses instruments de bord lui indiqueraient que l'abondance du fer, de l'azote, de l'oxygène et de la plupart des autres éléments changent considérablement tout au long du trajet. Loin d'être unique, ce phénomène de gradient d'abondance des éléments semble être le lot de la plupart des galaxies, constatent les astrophysiciens depuis une vingtaine d'années. "Pourtant, à l'origine, on imagine que chaque galaxie était constituée d'un amas de gaz dans lequel les éléments étaient distribués de façon uniforme, dit Laurent Drissen, membre du Groupe de recherche en astrophysique de l'Université Laval. Les raisons qui font qu'un gradient d'abondance s'installe avec le temps peut nous enseigner des choses importantes sur le processus de création et d'évolution des galaxies depuis le Big Bang."

C'est justement pour jeter un nouvel éclairage sur cette question que le Groupe de recherche en astrophysique présentait, à la mi-octobre, un atelier international d'astrophysique ayant pour thème "Abundance Profiles: Diagnostic Tools for Galaxy History", auquel ont participé des chercheurs d'une quinzaine de pays. "Nous n'avons invité que 66 personnes de façon à permettre de véritables échanges entre les participants, dit la chercheure Carmelle Robert. C'était la première fois qu'une rencontre scientifique internationale réunissait des experts de différents domaines de l'astrophysique pour discuter exclusivement de la question des profils d'abondance."

Anémie galactique
La rencontre de théoriciens de l'évolution stellaire (quels éléments sont produits par les étoiles massives et à quel taux), des spécialistes de la dynamique des galaxies (l'évolution dans le temps de la vitesse des étoiles et du gaz) et des astronomes de "terrain" (ceux qui observent le ciel) a favorisé la convergence des idées et une compréhension un peu plus complète du phénomène, estime Daniel Friedli, attaché de recherche au Groupe de recherche en astrophysique et boursier post-doctoral de la Confédération suisse.

"Un des points qui a émergé des discussions est le phénomène d'éléments manquants dans l'univers, dit-il. Les calculs réalisés à partir des modèles théoriques prédisent, entre autres, qu'il devrait y avoir trois fois plus de fer que ce qui est observé dans les faits" (le fer est produit dans les étoiles massives). Comment expliquer ce phénomène? Soit le taux de formation du fer est inexact soit le fer est quelque part dans l'univers mais on ne le voit pas. "Les éléments manquants pourraient se promener quelque part dans le vide cosmique, poursuit le chercheur, sans association avec les galaxies, ce qui les rendrait très difficile à observer. Ils pourraient également avoir été "avalés" par les trous noirs de sorte qu'ils sont maintenant impossible à observer."

Les gradients d'abondance peuvent également s'installer par accident. "Deux galaxies peuvent entrer en collision ce qui modifie considérablement la composition chimique au point de contact, dit Laurent Drissen. Ce type de collisions était plus fréquent peu de temps après le Big Bang parce que les galaxies étaient plus près les unes des autres." Autre cas, des régions très éloignées des galaxies spirales montrent parfois des régions dont la composition chimique diffère des régions voisines tout bonnement parce qu'elles ont englobé une autre galaxie de petite dimension.

Coup de barre
Certaines galaxies, appelées galaxies barrées, font cependant exception à la règle en montrant un gradient chimique beaucoup plus faible. Au centre de ces galaxies se retrouve une structure, allongée comme une barre, qui génère un important mélange d'éléments à très grande échelle. "Le quart des étoiles de la barre peuvent se déplacer à l'intérieur de la galaxie sur des orbites chaotiques, ce qui favorise l'homogénéisation des éléments, dit Daniel Friedli. La dynamique d'une galaxie avec une barre et d'une galaxie sans barre est bien différente."

Fait intrigant, notre propre système solaire contiendrait deux fois plus de métaux (et d'éléments) que les étoiles environnantes. "Une des hypothèses avancées pour expliquer ce fait est que notre soleil serait né plus au centre de la galaxie et qu'il se serait déplacé vers l'extérieur avec le temps, explique le chercheur. Notre galaxie serait dotée d'une barre et notre soleil serait l'une des étoiles ayant une orbite chaotique."

Un fait ressort clairement de la rencontre d'octobre, dit Daniel Friedli. "Les gradients d'abondance sont la signature de l'histoire des galaxies. C'est une signature complexe parce qu'elle trace à la fois l'histoire de la formation des éléments, des étoiles, de l'évolution interne de la galaxie et de ses rencontres. Pour interpréter et comprendre les profils d'abondance, il faut incorporer tous ces éléments dans les modèles."

En dépit de ses apparences très abstraites, l'étude des abondances devrait rejoindre chaque être humain au plus profond de lui-même, estime finalement le chercheur. "Tous les atomes de notre corps sont le produit de l'évolution des galaxies et des étoiles. Sans elles, il n'y aurait tout simplement pas d'humanité."

JEAN HAMANN