Amas globulaires : des boules d’étoiles pas si simples

Épisode 1 sur 4 — Définition

Dans le bestiaire des objets du ciel profond, les amas globulaires m’ont toujours semblé mystérieux.

Nous comprenons globalement comment se forment les amas ouverts ou les nébuleuses planétaires. En revanche, le cas des amas globulaires est plus obscur : comment se sont-ils formés ? Pourquoi sont-ils, pour la plupart, si anciens ?

La lecture du dossier « Une autre histoire des galaxies racontée par les amas globulaires », publié dans le numéro 609 de Ciel & Espace, m’a donné envie d’en apprendre davantage sur ces objets fascinants.

Ce dossier est le point de départ de cette série. Je vous encourage vivement à le découvrir dans le numéro d’octobre-novembre 2026 de Ciel & Espace.
Les autres sources utilisées seront indiquées au fil des articles.

Une définition pas si définie

Un point de départ qui me semblait naturel est la définition. Comme souvent, il n'en existe pas d'officielle (contrairement aux planètes qui ont obtenu ce privilège de l'UAI en 2006), mais une définition communément admise pourrait être :

Un amas globulaire est un vaste regroupement d’étoiles, dense et concentré, approximativement sphérique et durablement lié par sa propre gravité.

Elle correspond bien à ce que l’on peut observer en regardant des objets tels que M13, M3 ou encore M15 : des espèces de boules de neige compactes posées dans le ciel.

En regardant cette définition de plus près, chaque terme a son importance.

Déjà, le nom lui-même, amas globulaire, décrit bien l’apparence de l’objet. On a bien affaire à un regroupement approximativement sphérique d’étoiles.

Ensuite, lié par sa propre gravité : les étoiles appartiennent réellement au même système ; il ne s’agit pas d’un effet de perspective.

Enfin, dense et concentré. Un amas globulaire regroupe un nombre très important d’étoiles dans un volume restreint. Dans un instrument, on observe ainsi une boule lumineuse dont on peut parfois résoudre la périphérie en une multitude d’étoiles.

Dans leur portrait classique, les amas globulaires seraient également très anciens, pauvres en éléments plus lourds que l’hélium et formés d’étoiles supposées être toutes nées au même moment, à partir du même nuage de matière.

Une concentration difficile à imaginer

Pour prendre la mesure de cette concentration, revenons sur la star des amas globulaires, le Grand Amas d'Hercule (M13 pour Charles Messier).
Cette petite boule cotonneuse, visible à l’œil nu sous un bon ciel, renferme plus de 100 000 étoiles dans une sphère d’environ 150 années-lumière de diamètre.

On a du mal à se rendre compte de la densité que cela représente. D'après la NASA, au cœur de l'amas la densité des étoiles est 100 fois supérieure à celle du voisinage du Soleil.

C'est cette concentration qui donne l'aspect duveteux aux amas globulaires. En s'éloignant du centre, par contre, on peut commencer à distinguer les étoiles individuellement.

Autour des galaxies

On observe des amas globulaires dans des galaxies de tout type et de toute taille.
Notre propre galaxie, la Voie lactée, en abrite environ 150.

Contrairement aux amas ouverts qui sont répartis dans le disque de notre galaxie, les amas globulaires sont surtout présents dans le bulbe et le halo galactique.

Une famille aux contours flous

Avec ces éléments, il est légitime de se dire que les amas globulaires constituent une famille d’objets parfaitement définie. Pourtant, dès que l’on cherche à préciser un peu cette définition, les questions se multiplient.

• À partir de combien d’étoiles ou de quelle masse un amas devient-il « vaste » ?
• Quelle densité doit-il atteindre ?
• Doit-il obligatoirement être ancien ?

Il existe également des objets comme Omega Centauri, traditionnellement rangé parmi les amas globulaires, mais qui pourrait être le noyau résiduel d’une ancienne galaxie naine absorbée par la Voie lactée.

Ces jolies boules d’étoiles, si reconnaissables dans un instrument, se révèlent donc difficiles à définir précisément.

• Raffaele Gratton et al., « What is a globular cluster? An observational perspective », The Astronomy and Astrophysics Review, vol. 27, article 8, 2019.
• Image mise en avant : Messier 15 observé par le télescope spatial Hubble. Crédit : NASA, ESA.