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Les amas globulaires


Aperçu
Les amas globulaires sont des groupes très serrés d'étoiles concentrées dans un espace sensiblement sphérique de 50 à 300 années-lumière, et présentant une surdensité marquée dans leur région centrale. L'effectif de ces amas peut atteindre plusieurs dizaines, parfois plusieurs centaines de milliers, voire plusieurs millions d'objets.

On connaît actuellement plus de 150 amas globulaires dans notre Galaxie (la moitié étant situés dans les directions des constellations du Sagittaire, d'Ophiuchus et du Scorpion). Disséminés, en fait, selon un symétrie sphérique autour de notre Galaxie - dans ce que l'on appelle son halo - où ils circulent selon des orbites très allongées, qui les portent périodiquement à des distance de l'ordre de 300 000 années-lumière du centre galactique, mais les ramènent également périodiquement dans les régions centrales de la Voie lactée (et donc dans les constellations du Sagittaire et voisines), les amas globulaires, seraient au total au nombre de quelques dizaines de milliers.


M 3, dans les Chiens
de Chasse.

NGC 1850, dans le
Grand Nuage de Magellan.

Des amas globulaires existent également dans le halo d'autres galaxies spirales semblables à la nôtre. Les galaxies d'Andromède (M 31) ou celle du Triangle (M 33), possèdent ainsi des systèmes d'amas globulaires très comparables à celui de la Voie lactée. Quant aux galaxies elliptiques géantes, elles semblent être havres encore plus favorables. C'est le cas, par exemple, de M 87 dans la Vierge ou de NGC 5128 (Centaurus A), dans le Centaure, qui sont de véritables ruches à amas globulaires (même à grande distance on en y dénombre des milliers, ce qui signifie qu'il doit y en avoir plusieurs dizaines de milliers). Il existe par ailleurs des amas globulaires qui semblent avoir échappé à l'attraction de leur galaxie d'origine et qui évoluent sans attaches dans l'espace intergalactique.


Le diagramme Couleur-Magnitude
de l'amas globulaire NGC 6397.
Source G. Alcaino et al. (AJ, 1987).

Ces objets, très différents des amas ouverts, sont constitués des étoiles les plus âgées que l'on connaisse : le plus souvent au-delà de dix milliards d'années, ce qui correspond à la période de formation de la Galaxie. Ce qui signifie que leur formation en est contemporaine. Les grosses étoiles, à courte durée de vie, en sont pratiquement absentes. On n'y rencontre donc essentiellement des étoiles de petite masse, froides (à l'aune stellaire!) et rouges. Il s'agit d'astres dits de population II, parmi lesquelles ces variables typiques des amas globulaires que sont les RR Lyrae (Les variables pulsantes), ainsi que des astres déjà en fin d'existence nucléaire (naines blanches), ou même franchement morts (pulsars).

Les traînards bleus - Curieusement, alors que les amas globulaires sont de très vieux objets, peuplés d'étoiles anciennes, plutôt rouges, on y rencontre également très souvent quelques étoiles bleues très inattendues, que l'on appelle des traînards bleus (ou blue stragglers). Ces étoiles vivant ordinairement peu de temps, ne devraient pas exister dans les amas globulaires ou dans les vieux amas ouverts où on les rencontre parfois aussi. Les astronomes ont même repéré des amas globulaires possédant une population stellaire notable, bien plus récente que l'amas globulaire, à l'image, par exemple, de l'amas Terzan 5 (caché dans les profondeurs du bulbe galactique, constellation du Sagittaire), dans lequel une grosse bouffée de formations stellaires s'est d'éclenchée 7 milliards d'années après la formation de la Galaxie.

Plusieurs explications ont été avancées, qui font le plus souvent intervenir un rajeunissement engendré par la présence d'un compagnon : modification de la structure interne de vieilles étoiles d'un système binaire sous l'effet de marée induit par le compagnon; transfert de masse à partir du compagnon; fusion du couple en une seule étoile; existence d'une étape tardive de formation stellaire dans l'amas; enfin, à ces causes qui pourraient d'ailleurs toutes se rencontrer selon les cas, on ajoutera la simple erreur qui fait placer dans un amas ancien des étoiles jeunes qui ne lui appartiennent pas.

Des amas globulaires au berceau?

Toute règle peut avoir ses exceptions, et il semble que ce soit le cas pour le grand âge ordinairement attribué aux amas globulaires. Il est possible en effet, que les astronomes aient repéré, dans d'autres galaxies, des amas globulaires actuellement en cours de formation. Ainsi, a-t-on observé en 2001à l'aide d'un des télescopes Keck, profondément enfouie dans les nuages poussiéreux de la galaxie naine NGC 5253 (Centaure), une nébuleuse qui est apparue comme une très puissante source de rayonnement infrarouge.


La galaxie NGC 5253.

Les calculs ont montré que cette "supernébuleuse", comme on l'a qualifiée, doit être approvisionnée en énergie par un superamas stellaire; quelque chose qui pourrait correspondre au rassemblement de cent mille à un million d'étoiles concentrées dans un espace de 4 années-lumière de diamètre seulement. Or ce type de concentration stellaire a toutes les caractéristiques d'un amas globulaire. A un détail près : son âge estimé. Pour expliquer l'énergie mise en jeux, il convient d'impliquer des milliers d'étoiles massives de type O. Or ces étoiles ont une très faible espérance de vie. Ce qui signifie que l'amas ne devrait pas dépasser les cent cinquante mille ans. Depuis d'autres superamas stellaires, repérés notamment dans M 82, une galaxie active du Groupe de la Grande Ourse, semblent pouvoir être identifiés à de ce qu'il convient de considérer comme de jeunes amas globulaires, à moins de choisir d'y voir simplement une nouvelle classe d'amas.

On ajoutera la grande ressemblance des amas globulaires et des galaxies elliptiques naines. Un critère discriminant pourrait être le fait que les galaxies naines contiennent de la matière sombre, alors que les amas globulaires en sont dépourvus. Dans certains cas, il existe des arguments tirés de l'orbite d'un objet ordinairement classé parmi les amas globulaires, ainsi que des caractéristiques des populations d'étoiles qu'il contient, qui laissent penser que l'on a affaire plutôt à une galaxie naine, dépouillée par effet de marée de sa partie périphérique et satellisée par la Voie lactée. On pense ici en particulier à Omega Centauri (Centaure).


w Cen, vrai-faux amas globulaire?


Rouages
L'évaporation des amas globulaires

Le parcours des amas globulaires autour de la galaxie les oblige à traverser périodiquement le plan galactique, qui, en comparaison avec les régions désertes du halo, représente une forte concentration de matière. Il s'ensuit de fortes perturbations gravitationnelles pour les étoiles de l'amas, qui, elles, suivent des orbites autour du centre de gravité de celui-ci. A chaque traversée du disque, un amas globulaire perd donc progressivement de ses étoiles. Après plus de dix milliards d'années d'existence, et des centaines de révolutions, on comprend que le phénomène l'affecte notablement. Les amas globulaires actuels sont beaucoup plus pauvres en étoiles qu'ils ne l'étaient au moment de leur formation. On peut s'attendre aussi à ce que beaucoup d'étoiles ayant quitté l'amas se dispersent dans le halo. Et de fait, beaucoup d'étoiles du halo, vieilles et placées sur des orbites aux caractéristiques rappelant celles des amas globulaires, semblent bien trouver leur origine dans de tels amas. Mais de toutes les orbites que peut suivre une étoile expulsée d'un amas globulaire, il en est une qui signe sans ambiguïté sa provenance : c'est l'orbite de l'amas globulaire lui-même. Ainsi peut-on s'attendre à trouver une surdensité de vieilles étoiles disséminés sur le trajet des amas globulaires.

Plusieurs de ces structures ont effectivement été découvertes, sans qu'il soit cependant toujours possible de désigner l'objet qui leur a donné naissance (peut-être parce qu'il a été complètement cannibalisé par la Voie lactée). On parle alors de courants fantômes. Il a été montré que des courants étaient associés à la Naine du Sagittaire, et à la Naine du Grand Chien, les deux galaxies naines actuellement en cours de démantèlement et d'absorption par notre Galaxie. Outre les étoiles dipersées le long de l'orbite de ces petites galaxies, des amas globulaires, à l'instar de M 54, détaché, pense-t-on, de la Naine du sagittaire, ont pu eux-mêmes avoir été semés sur ce parcours. 

En 1999, des astronomes de l'ESO, ont pu aussi aborder, à l'aide du VLT, le problème "à l'envers", non plus en décelant le courant des étoiles perdues, mais plutôt en constatant un déficit d'étoiles de faible masse dans un amas globulaire : l'amas NGC 6712 (Ecu de Sobieski). Une pauvreté qui ne peut se comprendre que si elles ont quitté leur amas d'origine.


Orbite de NGC 6712 autour de la Galaxie et son sillage d'étoiles.
Vue d'artiste. Source du communiqué de presse (1999) : ESO.


Collection
Parmi les amas globulaires de la Voie lactée les plus connus, on citera M 13 et M 92 dans la constellation d'Hercule, M 3 dans les Chiens de Chasse, M15 dans Pégase, M 5 dans le Serpent ou encore, pour les observateurs qui peuvent contempler les constellations australes, les amas 47 dans le Toucan et Omega dans le Centaure. Ce-dernier étant l'amas globulaire - si c'en est bien un! - le plus brillant du ciel.
Étiquette Constellation Magn. Dim. 
(')
NGC M
7089 2 Verseau 6 71
5272 3 Chiens
de Chasse
5 13
6121 4 Scorpion 7 348
5904 5 Serpent 6 71
6333 9 Ophiuchus 5 13
6218 12 Ophiuchus 7 348
6205 13 Hercule 6 71
6402 14 Ophiuchus 5 13
7078 15 Pégase 7 348
6273 19 Ophiuchus 6 71
6656 22 Sagittaire 5 13
6626 28 Sagittaire 7 348
7099 30 Capricorne 6 71
5024 53 Chevelure
de Bérénice
5 13
6715 54 Sagittaire 7 348
6809 55 Sagittaire 6 55
6779 56 Lyre 5 13
6266 62 Scorpion 7 348
4590 68 Hydre 6 71
6637 69 Sagittaire 5 13
6681 70 Sagittaire 7 348
6838 71 Flèche 6 71
6981 72 Verseau 5 13
6864 75 Sagittaire 7 348
1904 79 Lièvre 6 71
6093 80 Scorpion 5 13
6341 92 Hercule 7 348
6171 107 Ophiuchus 6 71
47 Tucanae Toucan 5 13
Omega Centaure 7 348
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