Les étoiles de petite masse (< 1 masse solaire) vivent plus longtemps que l’âge de l’Univers, et sont donc des témoins fiables de l’activité de formation d’étoiles qu’a connu une galaxie au cours du temps. En effet, l’Univers contenait à l’origine seulement de l’Hydrogène et de l’Helium, les autres éléments étant synthétisés dans le coeur des étoiles et recyclés dans le gaz galactique à la faveur de la mort des étoiles (supernovae, vents stellaires). La composition chimique d’étoiles de différents âges reflète donc l’enrichissement du gaz au cours du temps par les cycles de vie et de mort des étoiles dans une galaxie (histoire de la formation stellaire). Les quatre galaxies naines Sculptor, Fornax, Sextans et Carina sont toutes des satellites de faible luminosité de la Voie Lactée, situées entre 80 et 150 kpc, et dont l’histoire de la formation d’étoiles est assez variée, comme le reflète la distribution du contenu en fer de leurs étoiles (métallicité). Par exemple, Sculpteur a seulement formé des étoiles pendant les 2-3 premiers milliards d’années de son existence, et sa métallicité maximale arrive tout juste à 1/10ième de la métallicité solaire, alors que Fornax a continué à former des étoiles pendant plus de 10milliards d’années, et sa métallicité maximale arrive jusqu’a 1/3 de la métallicité solaire. Ceci est illustré en figure 1, où les distributions en contenu en Fer des 2000 étoiles mesurées dans les 4 galaxies sont montrées.

Figure 1 : Distribution du contenu en Fer (abcisse en échelle logarithmique) dans 4 galaxies naines voisines de la Voie Lactée (Sculptor, Sextans, Fornax, et Carina), présentée en fraction relative, obtenue avec les observations FLAMES/VLT. Il y a une grande diversité de galaxie à galaxie, ce qui reflète leurs histoires très différentes de formation d’étoiles et enrichissement chimique.

Malgré cette diversité, si, comme le prédisent les modèles dits de formation hiérarchique des galaxies, ce sont des galaxies de petite masse qui s’assemblent pour former les galaxies les plus massives, on s’attend à ce que le contenu fossile des époques primitives (avant l’époque d’assemblage) soit similaire dans petites et grosses galaxies. Donc, si les galaxies naines sont les survivantes des briques élémentaires qui se sont assemblées pour constituer notre Voie Lactée, on s’attend à ce qu’aux époques les plus primitives (quand la métallicité était encore très faible), elles aient les mêmes caractéristiques que le Halo de notre Voie Lactée (où l’on trouve les étoiles à faible métallicité de la Galaxie). Il y a toutefois un dénominateur commun entre ces 4 galaxies naines : contrairement à ce que l’on pouvait attendre, il y a un manque d’étoiles très pauvres en Fer, i.e. avec une métallicité inférieure à -3. Alors que dans le Halo galacitique, sur 100 étoiles ayant un contenu en Fer

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On peut difficilement supposer dans ce cas que le halo de la Voie Lactée s’est formée par fusions successives de galaxies naines. Les ancêtres des galaxies naines et de la Voie Lactée sont clairement différents, ce qui n’est pas sans poser problème aux théories de formation hiérarchique des galaxies. ----
Référence : A New View of the Dwarf Spheroidal Satellites of the Milky Way from VLT FLAMES : Where Are the Very Metal-poor Stars ? Helmi, A. ; Irwin, M. J. ; Tolstoy, E. ; Battaglia, G. ; Hill, V. ; Jablonka, P. ; Venn, K. ; Shetrone, M. ; Letarte, B. ; Arimoto, N. ; Abel, T. ; Francois, P. ; Kaufer, A. ; Primas, F. ; Sadakane, K. ; Szeifert, T. 2006, Astrophysical Journal 651, L121 Voir aussi : ESO-PR : Cut from Different Cloth Contact Vanessa Hill (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)

Patrick François (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)

Dernière modification le 22 février 2013

Low mass stars (< 1 solar mass) live longer than the age of the Universe, and therefore reliably trace the star formation activity experienced by a galaxy over time. Indeed, the Universe initially only contained hydrogen and helium, most of all other chemical elements being synthesized inside stars and fed back into the galactic gas when stars die (supernovae, stellar winds). The chemical composition of stars of various ages therefore reflects the chemical enrichement of galactic gas by the stellar life and death cycles over time (star formation history). Our Milky Way Galaxy is surrounded by a number of dwarf satellite galaxies, which because of their loosely rounded shape are referred to as ’dwarf spheroidal’ galaxies. Faint and diffuse, these dwarf galaxies are a thousand times fainter than the Milky Way itself, making them the least luminous galaxies known. The four dwarf spheroidal galaxies Sculptor, Fornax, Sextans and Carina are all located between 80 and 150kpc away from the Milky Way, and display various star formation histories, as reflected by the distribution of the iron content (metallicity) of their stars. For example, Sculptor only made stars for the first 2-3 billion years of its life and its most metal-rich stars reach only to 1/10th of the solar metallicity, whereas Fornax made stars for the best of 10 billion years, reaching up to 1/3 of the solar metallicity. This is illustrated in figure 1 where the iron content distribution of the 2000 stars measured in the four galaxies are displayed.

Figure 1 : Distribution du contenu en Fer (abcisse en échelle logarithmique) dans 4 galaxies naines voisines de la Voie Lactée (Sculptor, Sextans, Fornax, et Carina), présentée en fraction relative, obtenue avec les observations FLAMES/VLT. Il y a une grande diversité de galaxie à galaxie, ce qui reflète leurs histoires très différentes de formation d’étoiles et enrichissement chimique.

On the other hand, modern cosmological models predict that small galaxies form first, and later assemble into larger systems like our Galaxy. If so, dwarf galaxies should have the same early epoch fossil content (before the assembly epoch) as larger galaxies, despite the diversity that may arise later in these systems. So, if dwarf spheroidal galaxies are survivors from the building blocks that assembled to make up our Milky Way, we expect that at early epochs (when the metallicity was still very low), they should have the same characteristics as the Milky Way halo (where ancient low metallicity stars are found). There is however a common denominator to these 4 dwarf galaxies : contrary to what was expected, they lack stars with very low iron content, i.e. with a metallicity

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This fundamental differences in the dwarf galaxy stars’ chemical composition compared with those in our galactic halo calls into question the merger theory as the origin of large galaxies’ haloes. The dwarf spheroidals are lacking the very metal-poor stars that are seen in the Milky Way - the two types of systems, contrary to theoretical predictions, are essentially of different descent.

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Référence : A New View of the Dwarf Spheroidal Satellites of the Milky Way from VLT FLAMES : Where Are the Very Metal-poor Stars ? Helmi, A. ; Irwin, M. J. ; Tolstoy, E. ; Battaglia, G. ; Hill, V. ; Jablonka, P. ; Venn, K. ; Shetrone, M. ; Letarte, B. ; Arimoto, N. ; Abel, T. ; Francois, P. ; Kaufer, A. ; Primas, F. ; Sadakane, K. ; Szeifert, T. 2006, Astrophysical Journal 651, L121 See also : ESO-PR : Cut from Different Cloth Contact Vanessa Hill (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)

Patrick François (Observatoire de Paris, GEPI, UMR 8111)

Dernière modification le 4 mars 2013