L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ou plus simplement ALMA a encore frappé ! L’un des plus grands radiotélescopes du monde et ses 66 antennes, après nous avoir éclairé sur la formation des galaxies géantes en 2024, et beaucoup plus récemment, sur leur lien avec le Big Bang, a été mobilisé par les astronomes du projet ACES (ALMA CMZ Exploration Survey) pour scanner une région très spéciale de notre Voie lactée. La Zone Moléculaire Centrale (ZMC), une région d’environ 1 500 années-lumière de large qui entoure son centre, un milieu extrême aux conditions chaotiques semblables à celles qui régnaient dans les galaxies du début de l’Univers.
Ils ont fusionné des milliers de relevés pour assembler ce qui est, à ce jour, l’image la plus vaste de la ZMC, couvrant une portion de 650 années lumière. Un tour de force exceptionnel, parce que cette zone, située autour du trou noir supermassif Sagittarius A*, est normalement totalement opaque. La poussière interstellaire bloque la lumière visible, rendant le centre galactique indétectable pour nos yeux ou les autres télescopes, caché par ce mur large de plusieurs millions de milliards de km. En captant les ondes millimétriques (sa spécialité) ALMA vient de nous offrir le portrait le plus fidèle et le plus saisissant de l’usine à étoiles la plus productive de la Voie lactée.
L’enfer de la ZMC : la forge stellaire la plus inhospitalière de la Voie lactée
Comme l’a exprimé dans ce communiqué de presse Ashley Barnes, astronome à l’European Southern Observatory (ESO) : « C’est un lieu d’extrêmes, invisible à nos yeux, mais désormais révélé avec un luxe de détails extraordinaire ». La ZMC est le plus grand réservoir de gaz stellaire de notre galaxie (le « carburant » des étoiles), où la matière est compressée par des forces gravitationnelles phénoménales. Comparée au bras d’Orion, l’un des bras mineurs de la Voie lactée où se trouve le Système solaire, elle affiche une concentration de matière et de gaz des milliers de fois plus élevée.
Notre environnement proche est principalement composé de gaz diffus et les milliards d’étoiles qui le peuplent sont séparées par des distances titanesques. Tout l’inverse de la ZMC, qui concentre une masse colossale de gaz et de poussière dans un volume restreint, créant des nuages moléculaires très denses. C’est pour cette raison que la lumière visible s’y perd comme dans un labyrinthe de particules dont elle ne ressort jamais.
Les astronomes lui portent d’abord intérêt parce que c’est le seul endroit de l’Univers où l’on peut observer, avec une résolution de quelques jours-lumière seulement (environ 25 milliards de km), comment la matière se comporte sous l’influence d’un trou noir supermassif. Mais aussi, comme le rappelle Ashley Barnes, car « c’est le seul noyau galactique assez proche de la Terre pour que nous puissions l’étudier avec une telle finesse ».
Comme Sagittarius A* est au centre de la ZMC, il soumet le gaz à des forces de marée si violentes qu’elles devraient, en théorie, déchirer n’importe quel nuage avant même qu’une étoile ne puisse y voir le jour. Pour qu’un astre naisse dans cet environnement chaotique, le gaz doit donc être compressé à des niveaux de densité phénoménaux pour que sa propre gravité prenne l’ascendant sur l’attraction du trou noir.
En perçant l’opacité de la poussière grâce aux ondes millimétriques, le radiotélescope ALMA a révélé que le gaz s’organise en filaments ultra-compacts, animés par des turbulences qui dépassent la vitesse du son. Dans ces structures, la matière est si serrée qu’elle bloque les rayonnements extérieurs. Les couches de gaz situées à la périphérie du nuage absorbent ainsi l’intégralité des radiations ultraviolettes mortelles émises par les étoiles géantes voisines, protégeant par conséquent le cœur des nuages, qui reste froid.
Les astronomes du projet ACES ont détecté à l’intérieur de ces derniers du monoxyde de silicium, mais aussi des molécules organiques comme le méthanol, l’éthanol ou l’acétone. Dans le reste de la galaxie, ces molécules ne survivraient pas une seconde à une telle proximité avec des sources de radiations aussi intenses. En effet, la ZMC est bombardée constamment par des flux de rayons X et de rayons ultraviolets extrêmes (EUV), crachés par les amas d’étoiles massives qui pullulent autour du trou noir. Ces astres, parfois des dizaines de fois plus gros que notre Soleil.
Étant donné la densité extrême des nuages de gaz, les radiations ne parviennent pas à y pénétrer : c’est pour cela que la ZMC parvient tout de même à enfanter des étoiles. Malgré les forces gravitationnelles inimaginables qui l’agitent et son exposition aux violents rayonnements cosmiques, elle abrite en son sein des poches de gaz froids et protégé, offrant ainsi aux embryons d’étoiles le temps nécessaire pour s’allumer loin de la fureur du noyau.
Steve Longmore, qui a dirigé le projet ACES, explique que « la ZMC abrite certaines des étoiles les plus massives connues dans notre galaxie, dont beaucoup vivent vite et meurent jeunes, terminant leur existence dans de puissantes explosions de supernovas, voire d’hypernovas ». La survie de ces mastodontes stellaires dans un environnement si hostile est donc la preuve que les rayonnements cosmiques et les forces de marée jouent également un rôle prépondérant dans la genèse stellaire. Si, dans d’autres contextes, ils sont destructeurs, dans la ZMC c’est l’inverse : ils sont les garants de la survie de cette nurserie à étoiles. Un facteur que nos modèles de formation stellaire devront absolument intégrer pour être complets.
Un miroir de l’Univers primitif et du Big Bang
Observer la ZMC revient à regarder un échantillon d’Univers primordial conservé à notre porte ; une capsule temporelle aux conditions physiques qui ne se retrouvent nulle part ailleurs dans la Voie lactée. En revanche, elles ressemblent à s’y méprendre à ce qu’était l’Univers tout entier il y a environ 10 à 12 milliards d’années, lors de ce que l’on appelle le « midi cosmique ». Une époque où les étoiles naissaient à une cadence frénétique, que l’on estime 10 à 20 fois supérieure à celle que l’on observe aujourd’hui.
Dans la ZMC, les astronomes retrouvent les mêmes « ingrédients physiques » présents juste après le Big Bang : des gaz ultra-denses, une agitation gravitationnelle qui l’est tout autant, du plasma brûlant, des rayonnements cosmiques puissants… En astrophysique, elle est considérée comme le parfait analogue de l’état dans lequel se trouvait le cosmos juste après sa naissance. C’est ce qu’explique Steve Longmore : « Nous pensons que cette région partage de nombreuses caractéristiques avec les galaxies de l’Univers primordial, où les étoiles se formaient dans des environnements chaotiques et extrêmes ».
Cette plongée au cœur de la ZMC n’était qu’une première (mais énorme !) étape dans la compréhension de la matrice originelle de notre propre galaxie. En effet, le réseau ALMA s’apprête à recevoir une grosse mise à jour, baptisée Wideband Sensitivity Upgrade, qui multipliera sa sensibilité pour capter des ondes encore plus faibles. Sans compter l‘ouverture prochaine de l’ELT (Extremely Large Telescope) au Chili, qui devrait entamer ses premières observations en 2030 ; il aidera les astronomes à comparer encore plus précisément la ZMC avec d’autres régions bien plus lointaines de l’Univers. « À bien des égards, ce n’est que le début », affirme de manière enthousiaste Ashley Barnes.
- ALMA a créé la plus grande image de la Zone Moléculaire Centrale (ZMC) de la Voie lactée, révélant des détails inédits sur le cœur galactique.
- Cette région extrême, entourant le trou noir supermassif Sagittarius A*, est une nurserie d’étoiles où des conditions similaires à celles de l’Univers primordial prévalent.
- Les découvertes sur la ZMC pourraient révolutionner notre compréhension de la formation stellaire et de l’évolution des galaxies.
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