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Pendant longtemps, les scientifiques ont compris que les étoiles se forment lorsque la matière interstellaire à l'intérieur des nuages géants d'hydrogène moléculaire subit un effondrement gravitationnel. Comment entretiennent-ils les nuages de gaz et de poussières qui nourrissent leur croissance sans tout emporter? Cependant, le problème s'avère moins mystérieux qu'il ne le paraissait autrefois. Une étude publiée cette semaine dans la revue Science montre comment la croissance d'une étoile massive peut se dérouler malgré une pression de rayonnement circulant vers l'extérieur qui dépasse la force gravitationnelle tirant le matériau vers l'intérieur.
Les nouvelles découvertes expliquent également pourquoi les étoiles massives ont tendance à se produire dans des systèmes binaires ou à plusieurs étoiles, a déclaré l'auteur principal Mark Krumholz, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Californie à Santa Cruz. Les co-auteurs sont Richard Klein, Christopher McKee et Stella Offner de UC Berkeley, et Andrew Cunningham de Lawrence Livermore National Laboratory.
La pression de rayonnement est la force exercée par le rayonnement électromagnétique sur les surfaces qu'elle frappe. Cet effet est négligeable pour la lumière ordinaire, mais il devient significatif à l'intérieur des étoiles en raison de l'intensité du rayonnement. Dans les étoiles massives, la pression de rayonnement est la force dominante qui contrecarre la gravité pour empêcher un nouvel effondrement de l'étoile.
"Lorsque vous appliquez la pression de rayonnement d'une étoile massive au gaz interstellaire poussiéreux qui l'entoure, qui est beaucoup plus opaque que le gaz interne de l'étoile, il devrait exploser le nuage de gaz", a déclaré Krumholz. Des études antérieures suggéraient que la pression de rayonnement emporterait les matières premières de la formation d'étoiles avant qu'une étoile puisse devenir beaucoup plus grande qu'environ 20 fois la masse du Soleil. Pourtant, les astronomes observent des étoiles beaucoup plus massives que cela.
L'équipe de recherche a passé des années à développer des codes informatiques complexes pour simuler les processus de formation des étoiles. Combiné aux progrès de la technologie informatique, leur dernier logiciel (appelé ORION) leur a permis d'exécuter une simulation détaillée en trois dimensions de l'effondrement d'un énorme nuage de gaz interstellaire pour former une étoile massive. Le projet a nécessité des mois de calcul au San Diego Supercomputer Center.
La simulation a montré que lorsque le gaz poussiéreux s'effondre sur le noyau en croissance d'une étoile massive, avec une pression de rayonnement poussant vers l'extérieur et attirant la matière par gravité, des instabilités se développent qui entraînent des canaux où le rayonnement souffle à travers le nuage dans l'espace interstellaire, tandis que le gaz continue de tomber vers l'intérieur par d'autres canaux.
"Vous pouvez voir des doigts de gaz tomber et des radiations s'échapper entre ces doigts de gaz", a déclaré Krumholz. "Cela montre que vous n'avez besoin d'aucun mécanisme exotique; des étoiles massives peuvent se former à travers des processus d'accrétion, tout comme les étoiles de faible masse. »
La rotation du nuage de gaz lors de son effondrement conduit à la formation d'un disque de matière se nourrissant de la «protoétoile» en croissance. Le disque est cependant instable par gravité, ce qui le fait s'agglutiner et former une série de petites étoiles secondaires, dont la plupart finissent par entrer en collision avec la protoétoile centrale. Dans la simulation, une étoile secondaire est devenue suffisamment massive pour se détacher et acquérir son propre disque, devenant une étoile compagnon massive. Une troisième petite étoile s'est formée et a été éjectée sur une large orbite avant de retomber et de fusionner avec l'étoile primaire.
Lorsque les chercheurs ont arrêté la simulation, après l'avoir laissée évoluer pendant 57000 ans de temps simulé, les deux étoiles avaient des masses de 41,5 et 29,2 fois la masse du Soleil et se tournaient l'une sur l'autre sur une orbite assez large.
"Ce qui s'est formé dans la simulation est une configuration commune pour les étoiles massives", a déclaré Krumholz. «Je pense que nous pouvons maintenant considérer le mystère de la façon dont les étoiles massives peuvent se former pour être résolues. L'âge des superordinateurs et la capacité de simuler le processus en trois dimensions ont rendu la solution possible. »
Source: UC Santa Cruz
