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Communiqués de presse

 

Paris, le 24 février 2005

 

Découverte de nuages de gaz sombre à proximité du système solaire

 

Une équipe d’astrophysiciens du CEA, de l’Université de Paris 7 et du CNRS (IN2P3 et Insu) révèle la présence, à proximité du système solaire, de vastes nuages de gaz "sombre" qui avaient jusque là échappé aux observations radio traditionnelles. Leur forme et leur localisation montrent qu’ils jouent un rôle clef dans la structuration du gaz interstellaire et la formation des étoiles. Il y aurait au moins autant de ce gaz sombre dans la Voie Lactée que tout l’hydrogène moléculaire déjà répertorié. L’ensemble de ces résultats fait l’objet d’une publication dans la revue Science à paraître le 24 février.

 

La Voie Lactée contient d’importantes réserves de gaz, principalement d’hydrogène, sous forme d’atomes dans les grands nuages diffus et de molécules H2 dans les parties les plus denses et froides. À l’hydrogène sont mélangées de petites quantités d’atomes plus lourds et de molécules complexes dont le monoxyde de carbone (CO). Ces réserves sont évaluées à plusieurs milliards de fois la masse du Soleil. Les grands nuages d’hydrogène atomique s’effondrent sous leur poids et se fragmentent en cœurs denses d’hydrogène moléculaire où se forment les étoiles.

Plusieurs méthodes sont couramment utilisées pour détecter ces nuages :

  • à partir de l’émission d’ondes radio, notamment celle des atomes neutres d’hydrogène à 21 cm de longueur d’onde et celle à 2,6 mm des molécules CO qui signale la présence des molécules H2 qu’on ne détecte pas à basse température ;
  • à partir de l’émission infrarouge des poussières qui sont intimement mêlées au gaz ;
  • à partir de l’émission gamma des rayons cosmiques qui, sillonnant la Galaxie à des vitesses proches de celle de la lumière, peuvent pénétrer au plus profond des nuages les plus discrets et interagir avec leur matière en produisant des rayons gamma.

C’est l’utilisation conjointe de ces méthodes qui a permis aux auteurs de la publication de découvrir d’amples nuages de gaz invisibles en radio aux environs du système solaire, à quelque mille années-lumière(1), et de les cartographier quantitativement en rayons gamma :
Ces nuages de gaz sombre, parsemés de poussières glacées, enveloppent tous les nuages moléculaires proches cartographiés grâce aux molécules CO, notamment autour des célèbres nébuleuses de Ophiuchus, du Taureau ou du Chaméléon à 500 années-lumière de distance, jusqu’à la grande nébuleuse d’Orion à 1500 années-lumière. À l’image des poupées gigognes, ils constituent une enveloppe intermédiaire, de 100 à 200 années-lumière d’épaisseur, entre les cœurs moléculaires denses où se forment les étoiles et les réservoirs d’hydrogène atomique plus étendus.
Plus précisément, les émissions gamma ont permis d’évaluer la quantité de gaz sombre, qui s’élève à 180 000 masses solaires localement. La masse de gaz sombre est souvent comparable à celle des cœurs moléculaires, la proportion variant de 12 à 500 % d’un nuage à l’autre et diminuant lorsque la partie moléculaire visible en CO augmente.
Ce gaz est probablement riche en molécules H2 et très froid, tout comme les poussières qui lui sont associées (~ 10 K). Cette basse température pourrait expliquer pourquoi il n’apparaît pas dans les observations classiques d’émission radio de CO.

Ainsi, de par sa localisation et sa quantité, le gaz sombre représente une étape clef dans l’évolution du milieu interstellaire et dans la structuration des futurs sites de formation d’étoiles.

En extrapolant à l’ensemble de la Voie Lactée les mesures effectuées sur les nuages proches, on trouve une masse totale de gaz sombre au moins équivalente aux deux milliards de masses solaires de tout l’hydrogène moléculaire jusqu’alors détecté. Mais les conditions de formation de ce gaz froid étant particulièrement propices dans les régions externes de la Galaxie, il pourrait contribuer encore plus largement à la matière noire baryonique(2) tant recherchée à la périphérie de la Voie Lactée.

Pour découvrir et étudier les nuages sombres à plus grande distance du Soleil, notamment vers l’extérieur de la Voie Lactée, il faudra attendre les observations du satellite international Glast dont le lancement par la Nasa est prévu pour mai 2007, projet auquel des chercheurs du CEA, de l’Université de Paris 7 et du CNRS sont étroitement associés. Offrant une sensibilité 30 fois supérieure à celle de son prédécesseur Egret et une résolution angulaire de 10 minutes d’arc tout en couvrant en permanence le tiers du ciel, Glast pourra sonder les régions reculées de la Voie Lactée pour y rechercher les baryons manquants et cartographier la matière interstellaire sombre ou brillante de quelques galaxies voisines.

Données d’archive utilisées pour ces analyses :

  • en rayons gamma par le télescope Egret à bord du satellite Compton-Gamma-Ray-Observatory
  • en infrarouge par le satellite Iras
  • en sub-millimétrique par les satellites Cobe et WMAP
  • en radio à 21 cm "Leiden/Dwingeloo HI survey" et les cartes du radiotélescope de Parkes
  • en millimétrique à 2.6 mm "Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics CO survey"

(1) Le diamètre de la galaxie est d'environ 200 000 années-lumière.
(2) Les particules appelées baryons incluent les protons et neutrons qui composent la matière ordinaire autour de nous.

Contact presse

  • CNRS : Magalie Sarazin , Tél : 01 44 96 46 06
  • CEA : Alexandra Bender, Tél : 01 40 56 17 16
  • Université Paris VII : Sibylle Despointes, Tél : 01 57 27 55 52
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