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Comment se forme une étoile 50 à 100 fois plus grosse que notre Soleil ?

CNRS

Dans le cadre d’une coopération internationale, des astrophysiciens du Service d’Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu, du CNRS et des Universités de Bordeaux 1 et de Paris-Diderot ont pu identifier le mécanisme de formation d’une étoile cinquante à cent fois plus grosse que le Soleil, située à 11 000 années-lumière de la Terre. Grâce aux relevés du réseau ALMA nouvellement mis en service, les chercheurs ont résussi à sonder le nuage moléculaire dans lequel cet astre de taille exceptionnelle est en train de naître. Ce nuage est un des plus massifs de la Galaxie et pourrait donner naissance à un amas d’étoile aussi spectaculaire que le fameux Trapeze d’Orion Ces résultats sont publiés dans Astronomy & Astrophysics le 10 juillet 2013.

La naissance d’étoiles massives

Les nuages moléculaires, composés principalement d’hydrogène moléculaire et de poussières, sont des régions cosmiques suffisamment denses pour permettre la formation d’étoiles. Il existe deux théories sur la formation des étoiles massives. L’une d’elles prédit que le nuage moléculaire se fragmente d’abord en plusieurs poches de gaz, chacune s’effondrant ensuite sur elle-même pour donner naissance à une étoile de masse proportionnelle à la taille de chaque fragment. Le deuxième scénario est plus « dramatique » : le nuage entier s’effondre sur lui-même, la matière étant attirée vers le centre, il se densifie et engendre un astre géant.

Le progéniteur stellaire observé au centre du nuage moléculaire SDC335.579-0.292 par le réseau d’antennes ALMA en ondes milliméttriques est le plus massif de toute la Voie Lactée (500 fois la masse du Soleil, et en augmentation continue). Situé à 11 000 années-lumière de nous, il a déjà été scruté par l’observatoire spatial Herschel, dont les résultats laissaient penser que les mécanismes de formation correspondent plutôt au deuxième scénario, celui d’un effondrement global de matière.

Image de la région de formation d’étoiles SDC 335.579-0.292 vue à gauche par le satellite Spitzer en lumière infrarouge (longueur d’onde de 3.6, 4.5 et 8.0 microns) et à droite par le réseau ALMA en lumière millimétrique (longueur d’onde de 3 mm). La tache jaune au centre de l’image ALMA est un embryon d’étoile dont la masse est plus de 500 fois celle du Soleil, le plus massif jamais observé dans la Galaxie. Encore alimenté par du gaz en chute libre, cet embryon devrait donner naissance à une étoile de près de cent fois la masse du Soleil. Crédits ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/JPL-Caltech/GLIMPSE.

Les données collectées par ALMA confirment cette hypothèse. Au centre du nuage, un gigantesque embryon d’étoile se nourrit de toute la matière environnante, et devrait devenir une étoile brillante supermassive (jusqu’à 100 fois plus grosse que le Soleil). Seule une étoile sur 10 000 atteint de telles proportions, et leur naissance est un phénomène rapide ce qui rend leur observation d’autant plus difficile.

Ce résultat a été obtenu en n’utilisant qu’un quart du potentiel final d’ALMA. Des observations futures avec la pleine capacité de l’observatoire, sur ce nuage mais aussi d’autres de la Voie Lactée, devraient permettre de confirmer très vite si ce scenario particulier est le mécanisme principal de formation des astres les plus massifs de la Galaxie.

Le nuage SDC 335.579-0.292 est un des plus massifs de la Galaxie (environ de 5500 fois la masse du Soleil) et pourrait à terme donner naissance à un amas d’étoiles jeunes similaire au célèbre Trapèze au coeur  de la constellation d’Orion.

Le réseau ALMA : un nouveau télescope géant

L’observatoire ALMA (Atacama Large Millimeter Array), localisé au Chili, permet d’avoir une observation fine de la formation des étoiles, que ce soit dans l’Univers proche ou l’Univers lointain. Sa construction complète devrait être achevée prochainement (fin d’année 2013. Cet observatoire sera équipé de 66 antennes et la distance entre les antennes couplées pourra osciller entre 150 mètres et 16 kilomètres, conférant à ALMA une capacité de zoom inégalée. Les données recueillies par chaque antenne seront assemblées par un superordinateur, spécialement créé pour ce projet, capable d’effectuer 17 millions de milliards d’opérations par seconde (voir le site de l’Observatoire Européen Austral – ESO).

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