Alma perce enfin des secrets de la formation des systèmes doubles à quintuples d’étoiles

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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.


Il y a quelques années, Alma avait déjà capturé une image sans précédent de deux disques circumstellaires, dans lesquels des bébés étoiles grandissent – se nourrissant de matériel provenant du disque de naissance qui les entoure. Ces observations jetaient un nouvel éclairage sur les premières phases de la vie des étoiles et aidaient déjà les astronomes à déterminer les conditions dans lesquelles les étoiles binaires naissent. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)

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.

Le saviez-vous ?

Du temps de Galilée, Benedetto Castelli, l’un de ses collaborateurs, avait observé à la lunette le système d’étoiles Alcor et Mizar, dans la Grande Ourse. Il avait découvert que Mizar elle-même était en fait un système double, Mizar A et Mizar B. En 1857, ce système fut photographié pour la première fois à travers un télescope mais l’histoire ne s’arrêta pas là car les méthodes de la spectroscopie ne tardèrent pas à prouver que Mizar A et Mizar B étaient elles-mêmes des binaires. Cela fit de Mizar A en 1890 la première binaire spectroscopique découverte. En 1908, la découverte que Mizar B en était aussi une fit du système Alcor et Mizar le premier système quintuple connu de l’Humanité. Il y a une décennie, on s’est rendu compte qu’Alcor était également une binaire.

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.


Les étoiles doubles sont des étoiles qui semblent proches les unes des autres dans le ciel, mais si elles sont liées gravitationnellement ensemble, nous les appelons étoiles binaires. De nombreuses étoiles font en réalité partie de systèmes binaires ou multiples. S’ils sont suffisamment proches l’un de l’autre, ils peuvent se toucher et fusionner en une seule étoile en forme de cacahuète. Dans certaines binaires proches, la matière peut circuler d’une étoile à l’autre, modifiant ainsi sa façon de vieillir. Si une étoile est une naine blanche, cela peut provoquer des explosions périodiques, voire même faire exploser l’étoile entière. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © CrashCourse

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.



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