Le télescope spatial Herschel de l’Agence spatiale européenne (ESA) a livré aux astrophysiciens des images inédites de réseaux de filaments interstellaires, au sein desquels se formeraient la majorité des étoiles. En recoupant ces observations avec des modèles théoriques, les chercheurs ont pu caractériser précisément ces filaments, une avancée supplémentaire pour comprendre où et comment naissent des étoiles.

Ces travaux d’une équipe internationale coordonnée par le Laboratoire AIM Paris-Saclay (CEA/Irfu-Paris Diderot-CNRS) sont publiés en ligne dans Astronomy and Astrophysics le 13 avril.

Herschel est l'observatoire spatial de l’ESA dans le domaine spectral de l’infrarouge et du submillimétrique, une gamme de lumière privilégiée pour observer la naissance des étoiles dans certains nuages interstellaires proches comme IC5146, Aquila et Polaris.

Avant Herschel, des observations dans l’infrarouge avaient déjà vu que ces nuages ​​interstellaires contiennent de gigantesques réseaux de filaments de gaz. Herschel a été encore plus loin : il a démontré que la formation des étoiles a lieu principalement dans les plus denses d’entre eux. Un filament imagé dans le complexe d’Aquila contient, par exemple, un amas d'environ 100 étoiles en formation.

Images : à gauche, combinaison des images obtenues avec Herschel. Les « fausses » couleurs correspondent aux différentes longueurs d’onde observées par le télescope (rouge = 350/500 µm, vert = 160/250 µm, et bleu = 70 µm). La zone bleue est une nébuleuse éclairée par une étoile massive, plus chaude que le reste du complexe. A droite, un zoom montre la structure filamentaire qu’a permis d’observer Herschel. © ESA/Herschel/programme Gould Belt  

Le pouvoir de résolution du télescope Herschel permet aux scientifiques d’en mesurer précisément les dimensions. Chaque filament peut s'étendre sur des dizaines d'années lumière dans l'espace. « Curieusement, on remarque aujourd’hui que chaque filament est de la même largeur », remarque  Doris Arzoumanian, du laboratoire AIM, « et ce quelle que soit la densité et la longueur de chaque filament, une vraie surprise. »

Les chercheurs ont analysé 90 filaments et ont constaté qu'ils s’étalaient tous sur une bande de près de 0,3 années-lumière. Petite dans le milieu interstellaire, cela reste une largeur énorme correspondant à environ 20.000 fois la distance de la Terre au Soleil.

Quel sens donner à ces mesures ?

La comparaison des observations avec des modèles théoriques laisse penser que les filaments résulteraient de ce qu’on appelle la turbulence interstellaire. Celle-ci correspond à des mouvements de gaz désordonnés se propageant dans les nuages interstellaires.
Les chercheurs s’interrogent encore sur l’origine de cette turbulence ; celle-ci ferait suite aux explosions d’étoiles massives - ou supernovae.
Ces mouvements de gaz désordonnés ont lieu à des vitesses supersoniques. A l’image du ‘bang’ d’un avion passant le mur du son, ils produiraient donc des chocs qui compriment la matière interstellaire, jusqu’à transformer celle-ci en des filaments plus denses que leur milieu environnant.
 
Lorsqu’on observe ces nuages interstellaires à grande échelle, les vitesses des turbulences sont élevées, supersoniques. En revanche, si on cible les observations sur de petites régions interstellaires, les vitesses sont plus faibles, jusqu’à devenir inférieures au mur du son. « La largeur observée des filaments correspondrait à l’échelle intermédiaire où les mouvements sont proches de la vitesse du son », explique Philippe André,  coordinateur du programme « Ceinture de Gould ». « Ce n’est pas une preuve directe mais un indice très fort quant à la connexion entre la turbulence interstellaire et l’origine des filaments vus par Herschel. »

Ce lien a été établi grâce à l'étude de trois nuages parmi les plus proches, connus sous les noms IC5146, Aquila et Polaris, dans le cadre d’un programme nommé « Relevé des nuages de la ceinture de Gould » mené par une collaboration internationale étudiant la formation stellaire au sein du consortium SPIRE d’Herschel. Les images résultent d’observations réalisées avec les instruments SPIRE et PACS sur Herschel, deux instruments pour lesquels le CEA a fortement contribué avec le CNES.

Plus d’informations :
- Le site du programme « Ceinture de Gould Belt » : http://gouldbelt-herschel.cea.fr

- Le site Herschel France : http://www.herschel.fr

- Le communiqué de l'Agence spatiale européenne (en anglais)

- Aller plus loin sur le site de l'ESA (en anglais)

Référence : Characterizing interstellar filaments with Herschel in IC5146 by Arzoumanian, André, Didelon et al. 2011, Astronomy & Astrophysics