Une équipe internationale menée par des chercheurs du CNRS, de l’université Grenoble Alpes et du Département d'Astrophysique/Laboratoire AIM du CEA-Irfu vient bouleverser l’idée que l’on se faisait de la formation des étoiles. La précision des observations offertes par le Grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama (ALMA - Atacama Large Millimeter Array) a permis de mesurer la quantité de cœurs massifs progéniteurs d’étoiles au sein d’une région lointaine très active de notre galaxie, et ainsi de montrer que leur proportion y est plus élevée que celle attendue. Publiés le 30 avril 2018 dans Nature Astronomy, ces résultats pourraient remettre en cause une loi astrophysique sur laquelle reposent de nombreuses connaissances actuelles.
La variété de masses des étoiles
Dans l’espace, derrière le voile des nébuleuses, des nuages de gaz s’agglomèrent et s’effondrent sur eux-mêmes pour former les structures mères des étoiles : les cœurs progéniteurs. Ils évoluent en groupes, accumulent de la matière et se fragmentent jusqu’à ce que naisse un amas de jeunes étoiles de masses diverses dont la distribution a été décrite sous la forme d’une loi astrophysique, notamment par l'astrophysicien étasunien Edwin Salpeter en 1955.
Les astronomes avaient observé que la proportion entre les objets massifs et non massifs était la même dans les groupes de cœurs progéniteurs et ceux d’étoiles nouvellement formées. Cela laissait donc penser que la distribution en masse des étoiles à leur naissance, appelée IMF (Initial Mass Function ou Fonction de masse initiale), découlait simplement de la distribution en masse des cœurs qui leur donnent naissance, dite CMF (Core Mass Function ou Fonction de masse des coeurs). Mais cette conclusion est le fruit de l’étude des nuages moléculaires les plus proches de notre système solaire, peu denses donc peu représentatifs de la diversité des nuages de notre galaxie. La relation entre CMF et IMF est-elle universelle ? Qu’observe-t-on en s’intéressant à des nuages plus denses, plus lointains ?
Le nuage moléculaire W43 vu ici en image 3-couleurs dans le domaine infrarouge, obtenue avec l'observatoire spatial Herschel. L'amas d'étoiles en formation W43-MM1 est située dans la partie du nuage froid délimitée par la petite boîte bleue. © ESA / SPIRE and PACS, HOBYS and Hi-GAL consortia
Plus de coeurs massifs que prévu
Ce sont les questions que se sont posées les chercheurs du CNRS, du Département d'Astrophysique du CEA et de l’université Grenoble Alpes lorsqu’ils se sont penchés sur l’amas de cœurs progéniteurs W43-MM1 dont la structure est beaucoup plus typique des nuages moléculaires de notre galaxie que ceux observés auparavant. Grâce à la sensibilité et à la résolution spatiale uniques du réseau d’antennes ALMA installé au Chili, les chercheurs ont établi une distribution des cœurs statistiquement robuste sur une gamme de masse inégalée, allant des étoiles de type solaire aux étoiles 100 fois plus massives. Surprise : cette distribution ne suit pas la loi de 1955 !
En effet, dans le nuage W43-MM1 les cœurs massifs se sont révélés surabondants et les cœurs peu massifs sous-représentés. Ces résultats remettent en question la relation entre CMF et IMF, voire même l’universalité supposée de l’IMF. Il est possible que la répartition en masse des jeunes étoiles ne soit pas la même en tout point de notre galaxie, contrairement à ce que l’on admet encore. Si tel est le cas, la communauté scientifique devra revoir ses calculs portant sur la formation des étoiles et à terme toutes les estimations dépendant du nombre d’étoiles massives : enrichissement chimique du milieu interstellaire, nombre de trous noirs et de supernovæ…
Les équipes vont poursuivre ces travaux avec ALMA au sein d’un consortium regroupant une quarantaine de chercheurs. Leur objectif : étudier 15 régions similaires à W43-MM1 pour comparer leur CMF et évaluer si les caractéristiques de ce nuage sont généralisables.
L'amas de proto-étoiles en formation W43-MM1, observé avec le plus grand interféromètre millimétrique du monde ALMA à la longueur d'onde de 1,3 millimètres. Les nombreux sites de formation d'étoiles, appelés coeurs ou proto-étoiles et identifiés ici par des ellipses, témoignent de la forte activité de formation d'étoiles de cette région. Le grand nombre de proto-étoiles a permis de mesurer avec précision la répartition des différentes masses © F. Motte
Contact : Frédérique MOTTE
Publication
"The unexpectedly large proportion of high-mass star-forming cores in a Galactic mini-starburst".
F. Motte, T. Nony, F. Louvet, K. A. Marsh, S. Bontemps, A. P. Whitworth, A. Men’shchikov, Q. Nguyen Luong, T. Csengeri, A. J. Maury, A. Gusdorf, E. Chapillon, V. K?önyves, P.Schilke, A. Duarte-Cabral, P. Didelon and M. Gaudel, publié dans Nature Astronomy, le 30 avril 2018.
Voir : le communiqué de presse CNRS-CEA-Université de Grenoble (30 avril 2018)
Voir aussi : Le champ magnétique prépondérant pour la formation des étoiles (03 avril 2018)
Formation des proto-amas d'étoiles (20 mars 2017)
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Formation des Etoiles et du Milieu Interstellaire • Modélisation des Plasmas Astrophysiques
