La majorité des étoiles dans la Voie lactée sont des systèmes doubles avec des étoiles souvent plus massives que le Soleil qui, si elles le sont assez, exploseront en laissant comme cadavres stellaires des étoiles à neutrons ou des trous noirs. Des étoiles triples et plus encore comme le système d’Alcor et Mizar existent et des simulations numériques expliquaient la formation des étoiles multiples. Pour la première fois, ces théories sont vérifiées par les observations d’Alma d’étoiles naissantes dans des pouponnières stellaires.
Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) est un ensemble de radiotélescopes dont on peut combiner les signaux enregistrés avec des techniques mathématiques savantes, et une technologie qui l’est tout autant, que certains membres de la noosphère peuvent utiliser pour pouvoir percer bien des mystères du cosmos observable qui se révèlent dans des bandes d’observations différentes du spectre des ondes électromagnétiques.
Les astronomes utilisant Alma peuvent ainsi combiner jusqu’à 66 antennes radio pour les faire agir comme un seul radiotélescope gigantesque, permettant des observations radio qui montrent des détails extrêmement petits et dans des régions autrefois opaques aux observations, comme l’intérieur des nurseries d’étoiles. Alma peut donc voir dans des nuages moléculaires la naissance et l’évolution des protoétoiles et même des systèmes entourés par des disques protoplanétaires, disques observés et analysés avec des détails inédits.
Alma est utilisé dans ce but depuis des années et, aujourd’hui, c’est une équipe de chercheurs dirigée par Patricio Sanhueza de l’Observatoire national japonais NAOJ et de la Graduate University for Advanced Studies de Tokyo, et comprenant plusieurs chercheurs de l’Institut Max-Planck d’astronomie de Heidelberg, qui vient de publier un article dans Nature Astronomy dont une version en accès libre se trouve sur arXiv.
L’équipe avait entrepris d’observer 30 régions prometteuses de formation d’étoiles massives avec Alma dans la Voie lactée entre 2016 et 2019.
Les naissances multiples étaient la norme pour les étoiles massives… sur l’ordinateur
Ces observations sont compatibles avec les prédictions de la formation des étoiles multiples, contenant des composantes massives et concernant des systèmes doubles à quintuples, issues de simulations numériques. Elles prédisaient ainsi que d’énormes nuages de matière ont tendance à s’effondrer et à former de multiples systèmes d’étoiles massives. Les astronomes observaient des étoiles plusieurs fois plus lourdes que le Soleil dans plus de 80 % des cas dans des systèmes doubles ou multiples. La question clé était de savoir si elles sont également nées en tant que multiples, ou si les étoiles naissent seules et se rapprochent au fil du temps, comme l’explique un communiqué de l’Institut Max-Planck d’astronomie de Heidelberg.
Rappelons ce que Futura avait déjà expliqué à ce sujet. Depuis environ un siècle, on pense que les étoiles se forment par effondrement d’un nuage moléculaire riche en poussière lorsque celui-ci est suffisamment dense et froid pour une certaine masse, appelée la masse de Jeans, du nom de l’astronome, physicien et mathématicien britannique qui s’est occupé de cela. Cette masse est donnée pour une combinaison de température et de densité et elle permet donc de déterminer si un nuage de masse connue va s’effondrer ou non. Lorsque cette dernière est supérieure à sa masse de Jeans, le processus d’effondrement gravitationnel doit se produire.
En fait, lors de l’effondrement, la densité et la température changeant localement à différents endroits à l’intérieur du nuage, le critère associé à une masse de Jeans impose la fragmentation en plusieurs zones s’effondrant à des vitesses différentes qui elles-mêmes peuvent se fragmenter à nouveau. Les étoiles naissent donc en groupe, parfois sous forme d’étoiles multiples et forment un amas stellaire ouvert qui finira par se disperser en quelques dizaines à centaines de millions d’années souvent.
La description exacte de ce processus de fragmentation n’est pas simple. Les astrophysiciens savent depuis longtemps que la formation d’une étoile est un processus complexe. Il n’est qu’incomplètement compris en raison de son caractère non linéaire faisant intervenir l’hydrodynamique et ses instabilités mais aussi la turbulence, l’influence des champs magnétiques et des questions de transfert radiatif. Il fallait donc utiliser des ordinateurs pour progresser et pouvoir faire des comparaisons avec les observations et disposer des bons outils pour cela, comme justement Alma.
Le zoo des étoiles multiples
Le communiqué de l’Institut Max-Planck (IMP) explique donc aujourd’hui que grâce à Alma on sait, pour la première fois, que les simulations informatiques sont correctes car les observations montrent qu’un seul nuage moléculaire ne donne pas seulement naissance à des systèmes stellaires binaires. Elles montrent également les débuts de la formation d’une multitude de systèmes multiples différents.
C’est ce que montrent en particulier les images de l’une des régions de formation d’étoiles, qui porte le numéro de catalogue G333.23-0.06. L’analyse de ces images, qui a pris des années, a été dirigée par Shanghuo Li de l’IMP, qui est également l’auteur principal de l’article qui a été publié dans Nature Astronomy. Les images reconstruites montrent des détails avec une résolution d’environ deux cents unités astronomiques (200 fois la distance Terre-Soleil) sur une région d’environ 200 000 unités astronomiques.