Les amas globulaires
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Un amas globulaires est une cite stellaire tres dense, on peut vraiment parler de promiscuite, contenant plusieurs milliers a plusieurs centaines de milliers d'etoiles tres concentrees dans un volume spherique compact de quelques parsecs de rayon (30 a 100 annees lumiere). Leur densite est beaucoup plus elevee que dans un amas ouvert.
Ce sont souvent des objets tres gratifiants a l'occulaire d'un telescope...
J'ai passé des heures émerveillé par l'aspect visuel que relèvent les amas globulaires, et l'observation de M13 à l'oculaire du 410 mm de l'observatoire de Touraine ([observatoire de Tauxigny]) reste un souvenir impérissable : à cette ouverture on est littéralement dans une photo de revue astronomique.
La plupart des amas globulaires forment un halo autour de la galaxiz, mais on en trouve également dans le bulbe galactique. On dénombre approximativement 150 amas globulaires dans la Voie Lactée, mais il doit en exister plus que l'on ne peut observer directement car masqués par la région centrale de notre galaxie. On en trouve également autour des galaxies proches. Ils sont observables comme des points brillants autour du disque galactique et présentent une concentration plus forte en s'approchant du centre des galaxies.
Las amas des galaxies spirales d'Andromède (M31) ou du Triangle (M33) sont très similaires à ceux que l'on observe dans la Voie Lactée. Les galaxies elliptiques semblent contenir beaucoup plus d'amas globulaires que les galaxies spirales. On en observe ainsi des milliers dans M87 (Vierge) ou NGC5128 dans le Centaure. Leur détection à si grande distance laisse supposer que ces galaxies elliptiques pourraient en héberger beaucoup plus.
On a également observé des amas globulaires orphelins : ils évoluent dans l'espace intergalactique comme s'il s'étaient échappés de l'attraction gravitationnelle de leur galaxie d'origine.
Constitution des amas
Les amas globulaires sont pour la plupart d'entre eux des témoins de la constitution sphérique initiale des Galaxies : ils se sont certainement formés en même temps que leurs galaxies hôtes. Ces amas ne contiennent pratiquement pas de matière interstellaire ni de gaz. L'étude spectroscopique des amas montrent que les étoiles qui les composent sont des étoiles pauvres en éléments lourds métalliques, de population II (étoiles primitives), contrairement aux étoiles de type par exemple solaire qui se forment dans les disques galactiques. Les étoiles les moins massives, sur un diagramme de HR, ont déjà évolué vers le stade de géantes rouges, les étoiles les plus massives ont dépassé ce stade et devenues instables après le flash de l'hélium, ont évolué en naines blanches.
Les étoiles sont très concentrées dans le centre des amas. Il est possible que de certains amas contiennent un trou noir central, reliquat aggloméré d'étoiles dégénérées.
Les amas contiennent également, en plus grande proportion qu'ailleurs, des étoiles de type particulier : les traînardes bleues (bleu straggers), pulsars mili-seconde (étoiles mortes) et binaires X de faible masse.
Il est surprenant de trouver des traînardes bleues dans les amas globulaires. Ce sont des étoiles à faible espérance de vie, elles ne devraient donc pas se retrouver dans ces amas qui ne fabriquent plus d'étoiles. Plusieurs hypothèse peuvent expliquer ce phénomène :
Les étoiles étant très concentrées dans les amas, les collisions sont possibles doivent y être beaucoup plus fréquentes qu'ailleurs dans la Voie Lactée.
La majeure partie des amas de la Galaxie sont observables dans les constellation du Sagittaire, du Scorpion et d'Ophiucus.
Age des amas
Le positionnement des amas sur un diagramme HR indique un décrochage vers les étoiles géantes rouges en bas de séquence principale, trahissant leur grand âge. Les amas globulaires contiennent donc les étoiles les plus âgées des galaxies révélant ainsi un âge allant de plusieurs milliards à 16 milliards d'années, l'âge évalué pour la Voie Lactée, ou 20 milliards d'années. L'âge des amas est déduit des diagrammes HR. Le sujet est très important car l'âge des amas est à mettre en relation avec l'âge de l'univers.
Des amas de couleur bleue ont été observés récemment. Cette couleur est représentative d'étoiles jeunes et chaudes. La formation de ces amas jeunes pourrait s'être produite plus tard dans la vie des galaxies, certainement suite à des événements violents comme des collisions de galaxies.
Taille et distance des amas
L'étude des amas les plus proches a permis de déterminer des diamètres moyens de 40 parsecs environ (50 à 300 années lumière). La magnitude absolue de ces amas a une valeur globale de -7.5. Cette dernière caractéristique est un indicateur permettant de déterminer la distance des amas galactiques et extra galactiques.
Les amas globulaires contiennent également des étoiles variables de type RR Lyrae (variables pulsantes). Ces étoiles se positionnent sur une branche de diagramme HR de magnitude visuelle absolue constante de Mv=0.6. C'est un indicateur supplémentaire pour la mesure de la distance.
On obtient ainsi, pour les amas de notre galaxie, des distances pouvant aller de 1 à 100 kpc. L'amas M3 de situe par exemple, en se basant sur le mesure des variables (mv=15.8), à 11 kpc.
Certains amas de la Voie Lactée sont rès massifs : Omega du Centaure représente plusieurs millions de masses solaires.
Mouvement et évaporation des amas
Les amas globulaires semblent fixes dans le halo galactique. Ils tournent cependant autour du noyau sur des orbites très aplaties les amenant aux environs de 300 000 années lumière du centre et sur des périodes très longues de l'ordre de 100 millions d'années. Les objets se déplacent très lentement loin du centre (loi des aires), le passage près du noyau galactique (dans les constellation autour du Sagittaire) s'effectue très rapidement. Le noyau des galaxies étant très opaque, il est assez improbable, au mieux difficile, de pouvoir observer des amas dans cette zone.
Le passage d'un amas près du centre doit être l'occasion de voir toute la matière gazeuse de l'amas (résidus d'explosions) soufflée par le noyau galactique, empêchant ainsi la formation de nouvelles étoiles dans ces amas.
Lorsqu'un amas passe près du centre, ou lorsqu'il traverse le plan galactique, il traverse des zones, par opposition au halo, à forte concentration de matière. Les étoiles de l'amas, habituées à tourner autour du centre de l'amas, subissent de fortes perturbations gravitationnelles. L'amas y perd des étoiles, ce qui fait que les amas, tels que nous les observons aujourd'hui, sont plus pauvres qu'ils ne l'étaient il y a 10 milliards d'années.
Les étoiles évadées doivent ensuite suivre des orbites solitaires similaires à celles des amas dans le halo. Et on observe effectivement des vieilles étoiles isolées sur de telles orbites. La présence de certaines de ces vieilles solitaires sur l'orbite d'amas globulaires peut constituer une preuve de leur origine.
Etude des amas
L'étude des amas est très importante pour la connaissance de la vie et de l'évolution des étoiles, ainsi que pour l'histoire de l'évolution des galaxies en analysant la répartition des amas rouges (les plus anciens) et des amas bleu plus jeunes.
Harlow Shapley, astronome américain 1885-1972, a beaucoup travaillé sur la distance des amas globulaires et la structure de notre galaxie. Il a ainsi pu déterminer, en 1918, la position du soleil au sein de la Galaxie. On pensait avant, en se basant sur une distribution uniforme des étoiles observées, que le système solaire se situait au centre de la galaxie. La prise en compte de la distance des amas globulaires a fait apparaître que la distribution des étoiles était asymétrique : la partie observable du disque galactique n'en constituait qu'une fraction, les autres étant obscurcies par les poussières et gaz du centre de la galaxie.
je ne comprends pas que les ams stellaires puissent être âgés de près de vingt milliards d'années alors que l'âge de l'univers est de 13.7 milliards !
Une contradiction de plus dans le monde de l'astronomie...
Les amas globulaires et l'estimation de leur âge, en fonction des méthodes utilisées, posent un vrai problème.
De nombreuses sources donnent à ces amas un âge maximum qui est celui de l'univers. Histoire de cadrer avec les les 13 et quelques milliards d'années auxquelles se situerait le Big Bang et l'apparition de l'univers.
Des mesures en général assez récentes donnent à certains amas globulaires un âge supérieur à celui de l'Univers. L'âge de M92, par exemple, est estimé par photométrie à 14.5 Milliards d'années dans une étude réalisée en 2000 (Accéder au rapport - The astronomical Journal - Octobre 2000). L'âge de l'Univers, selon cette estimation, doit donc être repoussé de quasiment 1 milliards d'années. D'une manière assez commune, l'âge de M92 est estimé à plus de 14 milliards d'années. 16 milliards d'années selon certaines sources.
La mesure de l'âge de M92 n'est pas la seule à poser problème. De nombreuses autres études donnent aux amas globulaires des âges allant de 12 à 20, ou de 12 à 16 milliards d'années selon les sources.
Le satellite Hipparcos (ESA) a permis de modifier de manière importante l'échelle des distances dans l'Univers. Les distances ont été augmentées de 10 % pour la plupart des amas globulaires. La luminosité intrinsèque de leurs étoiles s'en est retrouvée plus forte, permettant par là même de rajeunir l'âge de la plupart de ces objets de 10 à 15 %; L'âge des amas est estimé en moyenne entre 12 et 14 milliards d'années.
M92 échappe un peu à la règle. Sa distance n'a été augmentée que de 500 à 600 années années lumières, ce qui fait que les estimations d'âge données pour cet objet (14 à 16 milliards d'années) restent d'actualité...