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May 26, 2010
L'origine mécanique des soleils
Premiers résultats du programme Gould Belt
Les étoiles naissent dans des nuages de gas et de poussière. Comment et où ce processus de formation des étoiles débute ? Quelle est l'origine de la diversité des étoiles observées, des géantes aux soleils et naines brunes ? Herschel nous amène à l'origine de la naissance des étoiles. Les filaments de gaz se forment d'abord, puis s'effondrent, les étoiles suivent
Gould Belt, un programme d'observation avec Herschel, a cartographié les régions dans les nuages où la formation des étoiles semble être favorisée par les lois de la Nature. Pour la première fois, Herschel nous propose un regard précis à l'intérieur du nuage, donnant ainsi accès à son anatomie intime. Dans la constellation de l'Aigle, la matière composant le nuage est organisée le long de filaments qui nourrissent les embryons d'étoiles. Mais les étoiles ne se forment pas n'importe où. Elles se forment dans des filaments dont la masse est suffisamment élevée pour favoriser l'effondrement du filament et la formation de poches plus denses dans lesquelles les étoiles naissent. Les filaments trop légers, en-dessous d'une masse critique, restent stables et incapables de former des étoiles. Cependant, ces filaments sont déjà là dans les nuages, bien avant la formation des étoiles. Ils sont très vraisemblablement les principaux moteurs à l'origine de la transformation de gaz et de poussière en étoiles. 
Filaments de poussière et de gaz observés par Herschel dans deux zones de formation d'étoiles. A gauche: Aquila (constellation de l'Aigle). Les symboles de couleurs représentent les embryons d'étoiles. Certains filaments sont vierges d'étoiles à naitre. A droite: Polaris, une région sans étoile. La structure filamentaire du nuage de gaz et de poussière est la même que dans Aquila. A l'opposé d'Aquila, les filaments dans Polaris sont trop légers pour s'effondrer et donner naissance aux étoiles. Crédit: Gould Belt Key Programme - Herschel/ESA - André et al. 2010, A&A. L'origine de la diversité stellaire: programmée avant la naissanceLa masse d'une étoile est le paramètre fondamental qui détermine sa vie. Brillante mais courte pour les étoiles géantes, longue et timide pour les petites étoiles. En regardant autour de nous dans la Voie Lactée, la démographie des étoiles nouvellement nées semble obéir à une loi: la fonction de masse initiale (IMF en anglais). La proportion entre le nombre d'étoiles géantes et les soleils ou les naines brunes est presque constante d'un amas d'étoiles à un autre. Les soleils et les étoiles un peu plus petites représentent la majorité. Les géantes et les naines sont les minorités. Pourquoi en est-il ainsi ? Le programme Gould Belt a littéralement pesé les cocons d'étoiles dans les nuages de filaments en collectant et mesurant l'énergie émise par la poussière qui est directement proportionnellement à la quantité de poussière et de gaz dans le cocon. Ces observations démontrent que les embryons d'étoiles ont une masse qui obéit également à une loi (CMF), qui ressemble à la forme de l'IMF des étoiles jeunes. La diversité des étoiles, et leur masse, est donc programmée bien avant leur naissance. 
Ce graphe montre trois courbes. Les courbes "IMF" représentent le nombre d'étoiles pour une masse donnée qui est exprimée en masse solaire (2x10^30 kg). Ces courbes modélisées par les théoriciens ont un maximum pour les étoiles de masses comprises entre 0,1 et 1 fois celle du Soleil. La courbe "CMF", observée par Herschel, représente le nombre d'embryons d'étoile pour une masse donnée. Les courbes IMF et CMF se ressemblent en forme. Elles sont décalées en masse. Passer de la CMF à l'IMF nécessite une multiplication des masses des embryons d'étoiles par un coefficient, environ 30%, qui correspond à l'efficacité de la transformation du gaz et de la poussière composant le cocon d'étoiles en étoiles. Un cocon de 10 masses solaires donnera une étoile de 3 fois la masse du Soleil. Crédit: Gould Belt Key Programme - Herschel/ESA - André et al. 2010, A&A. Le programme Gould BeltLes observations d'Aquila et Polaris font partie du programme Gould Belt, ou ceinture de Gould qui est un anneau géant de nurseries d'étoiles dont le Soleil occupe le centre. Depuis un siècle, les astronomes s'interrogent sur l'origine de cet anneau, qui fait un angle de 20° avec le plan de notre galaxie. Orion, le Scorpion, le Taureau appartiennent à cette ceinture. L'observation de la formation stellaire à travers la ceinture de Gould est réalisé par le programme Gould Belt sur Herschel, qui vise à comprendre la démographie des étoiles et son origine.
En savoir plus: Le mini-site du programme Gould Belt (en anglais) L'image d'Aquila sur OSHI, le site des plus belles images d'Herschel L'article de référence du programme publié dans la Special Issue d'Astronomy & Astrophysics #27 - Last update : 07/07 2010
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