Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

L'émission X des étoiles T-Tauri

Le grand champ de vue du PSPC (2 degrés) permet d'observer une région de formation d'étoiles en au plus quelques expositions se recouvrant partiellement. Nous avons pu rechercher de nouvelles sources X situées à la périphérie du nuage proche de Rho Ophiuchi (Figure 1), et découvrir ainsi une cinquantaine de nouvelles étoiles T-Tauri (thèse de S. Casanova). Les identifications ont été possibles grâce à des observations optiques faites à l'ESO (Chili) et aux Canaries. Ces étoiles, en grande majorité des T-Tauri "à raies faibles" (c'est-à-dire sans disque circumstellaire), sont très semblables à celles trouvées dans le voisinage du nuage proche du Caméléon [1]. Leur âge est de 1 à 10 millions d'années. Ceci montre que l'observation en rayons X est particulièrement efficace pour découvrir ces étoiles, alors que l'observation optique ou infrarouge ne peut les distinguer des étoiles de champ.

Les plusieurs centaines d'étoiles T-Tauri ainsi découvertes permet d'aborder de façon statistique des questions importantes pour la formation et l'évolution précoce des étoiles de type solaire dans notre galaxie, comme les fonctions de masse et/ou les fonctions de luminosité. Par ailleurs, nous confirmons que l'émission X des étoiles T-Tauri est bien due à une activité magnétique analogue à celle du Soleil [2]. De nombreux exemples d'éruptions X ont pu être observés et les courbes de lumières confirment le modèle selon lequel un plasma est brusquement chauffé à 10 millions de degrés ou plus, puis se refroidit en rayonnant en X en quelques heures [3]. Le maximum des luminosités X observées se situe toujours entre 10 000 à 100 000 fois la luminosité X du Soleil. Toutefois, il y a également des cas de variabilité atypique, par exemple dues en partie à l'occultation du plasma par l'horizon stellaire (cas d'une étoile en rotation), ou encore inexpliquée (variations de niveau calme d'un facteur 2-3 sur plusieurs mois). Par ailleurs, les observations menées avec ASCA montrent une composante plus chaude pouvant atteindre plusieurs keV, ainsi que des indications d'une forte diminution des abondances de métaux dans le plasma. Ces sous-abondances semblent réelles, et ne sont pas expliquées [4]. 

Découverte de l'émission X de proto-étoiles

Dans la boîte d'erreur de certaines sources X enfouies dans le nuage de Rho Ophiuchi et détectées par le PSPC, figurent des proto-étoiles. Selon les modèles en vigueur, il s'agit d'objets composites, comprenant au centre une étoile en formation, entourée d'un disque d'accrétion de rayon environ 100 UA, et fréquemment sources de flots moléculaires [8]. L'ensemble se trouve au sein d'une enveloppe étendue de rayon compris entre 1000 et 10 000 UA. Cette enveloppe, qui foumit la matière nécessaire à former l'étoile, est en effondrement gravitationnel : suivant que l'on se trouve au début ou à la fin de la phase d'accrétion, on parlera de proto-étoile jeune ou de proto-étoile évoluée (voir section ""L'enfance des étoiles/proto-étoiles IR et submillimétriques'', [9]). L'émission X d'une proto-étoile peut a priori provenir de trois sites: soit l'enveloppe elle-même (par exemple par reconnection magnétique de lignes de force entramées par l'effondrement), soit l'étoile en formation, soit encore le disque d'accrétion (Figure 2). 

En ce qui concerne les proto-étoiles jeunes, on peut exclure la possibilité d'observer avec les satellites actuels des rayons X d'1 keV provenant de l'objet central, car leur enveloppe est massive et l'extinction correspondante trés élevée (de l'ordre de 1000 magnitude dans le visible). En revanche, ceci est possible pour les proto-étoiles évoluées dont l'enveloppe est beaucoup plus ténue (extinction d'environ 10 magnitude dans le visible). L'enjeu est de déterminer si des phénomènes magnétiques se manifestent déjà à ce stade, et si oui, d'en déterminer l'origine. Les observations, tant de PSPC de ROSAT qu'avec ASCA, ne permettent pas de conclure de façon claire, car les boîtes d'erreurs contiennent en même temps que des proto-étoiles d'autres sources IR qui, à l'instar des T-Tauri, sont des sources potentielles de rayons X. Seul le HRI de ROSAT a la résolution angulaire suffisante pour lever les ambiguïtés de position. C'est ainsi que nous avons pu récemment montrer pour la première fois qu'une proto-étoile appartenant à un coeur du nuage de Rho Ophiuchi était émettrice de rayons X d'environ 1 keV (thèse de N. GROSSO, Figure 3, [10,11]). D'après ses propriétés IR, il s'agit d'une proto-étoile évoluée, quoique jeune pour sa classe (probablement d'âge inférieur à 100 000 ans). La détection a eu lieu au cours d'une violente éruption au cours de laquelle la luminosité X de ce soleil en formation a été 10 millions de fois plus forte que la luminosité X du Soleil aujourd'hui. L'existence d'un rayonnement X intense à ce stade si précoce pourrait conduire à réviser nos idées sur les conditions physiques et chimiques présentes lors de la naissance du système solaire (Voir article de vulgarisation de La Recherche)