L'espace entre les étoiles n'est pas vide mais rempli de gaz et de poussières, soumis à des courants et des ondes de choc causés par les explosions d'étoiles. Ils sont aussi irradiés par les rayons ultraviolets (UV) de ces dernières et sculptés par gravitation. La matière circule ainsi entre de vastes bulles, ténues et chaudes provoquées par l'activité stellaire, et des nuages, compacts, froids et dense, où naissent de nouvelles étoiles.
Afin de cartographier ces nuages, les astrophysiciens doivent utiliser l'émission radio des molécules CO. Le problème est que de grandes quantités de gaz moléculaires échappent aux observations CO. Cependant, en présence de rayons UV, les molécules H2 – les plus abondantes dans ces nuages – peuvent s'exciter et devenir lumineuses par fluorescence. Et c'est justement ce phénomène qui a intéressé des chercheurs du Département d'Astrophysique (DAp) du CEA-Irfu.
Découverte d'un nuage moléculaire grâce à la première cartographie mondiale à fluorescence H2
Au sein d'une collaboration internationale, les équipes du DAp ont ainsi utilisé les cartes de fluorescence H2 qui avaient été obtenues entre 2003 et 2005 par l'instrument FIMS/SPEAR à bord du satellite coréen STSAT-1. Combinées à un ensemble de cartes d'émission CO, d'émission radio des atomes d'hydrogène, d'émission infrarouge des poussières, et d'absorption des rayons X par le gaz, les auteurs ont ainsi trouvé un nuage moléculaire jusqu'alors inconnu, d'une masse de 3400 fois celle du Soleil, proche de nous, mais non encore répertorié faute d'émission lumineuse en dehors de cette faible lueur fluorescente.
Ce nuage, baptisé Eos – en référence à la déesse de l'aube – est le premier nuage moléculaire découvert grâce à la fluorescence H2. Situé à 300 années-lumière du Soleil, il contient bien un grumeau visible en CO mais qui ne représente que 1% du nuage. Ce dernier est très probablement associé au bord de la Bulle Locale : une grande cavité de gaz brûlant (de l'ordre du million de degrés), gonflée par de multiples explosions d'étoiles jusqu'à une taille de 2 000 à 3 000 années-lumière. Le Soleil la traverse depuis 5 à 7 millions d'années.
Dans son expansion, la Bulle a balayé et comprimé une coquille de gaz dense sur son pourtour, dont le nuage Eos fait sans doute partie. Les mesures indiquent que les jours d'Eos sont comptés car les rayons UV qui lui permettent de luire par fluorescence dissocient également les molécules H2 qui seront détruites d'ici 5 ou 6 millions d'années. D'ici là, Eos fournit un laboratoire de proximité pour étudier comment un nuage évolue au contact du gaz brûlant et des rayons UV et X d'une superbulle, ce qui arrive fréquemment dans le cycle du gaz interstellaire dans les galaxies.