ASTRONOMIE - Alma révèle les secrets de la naissance d'une étoile

Alors que toutes ses antennes n'avaient pas encore été installées, le radiotélescope Alma a permis l'observation minutieuse de Herbig-Haro 46/47, une petite nébuleuse en émission générée par le jet de matière qu'émet une étoile en formation. Les astrophysiciens ont pu ainsi préciser comment les protoétoiles s'effondrent pour donner des étoiles.


Cette image sans précédent de l'objet de Herbig-Haro HH 46/47 combine des observations radio réalisées avec le Grand réseau d'antennes (sub-)millimétrique de l'Atacama (Alma) et des observations dans des longueurs d'onde bien plus courtes en lumière visible réalisées avec le New Technology Telescope (NTT) de l'ESO. Les observations d'Alma (en orange et en vert, en bas à droite) de l'étoile nouvellement née révèlent un grand jet d'énergie s'éloignant de la Terre. Ce jet est indétectable dans le visible car il est caché par la poussière et le gaz. Sur la gauche (en rose et en violet) la partie visible du jet est observée se déplaçant en partie en direction de la Terre.

On attendait de Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) qu’il nous aide à mieux comprendre nos origines du Big Bang au vivant, en particulier par l'étude de la formation des étoiles à travers l'observation des nuages moléculaires (comme par exemple celui d'Orion) et aussi par l'étude de la formation des planètes. Le radiotélescope permet d’atteindre des résolutions spectaculaires dans le domaine millimétrique pour sonder comme jamais les détails fins de la structure spatiale des nuages moléculaires et des disques protoplanétaires et il permet aussi de faire d’excellentes mesures des vitesses à l’intérieur de ces objets.

Il a déjà permis de détecter la limite de formation de la neige carbonique dans un disque protoplanétaire et surtout de découvrir la première preuve de l’existence des tourbillons anticycloniques cruciaux pour le formation des planètes. Ces tourbillons existant dans les disques protoplanéataires ont été postulés en 1995 par Pierre Barge et Joël Sommeria dans le cadre du modèle qu’ils ont développé pour résoudre ce qu’on appelle en astrophysique le problème de la « barrière du mètre ».

Aujourd’hui, comme l'expliquent les astrophysiciens de l’Eso dans un article publié sur arxiv, Alma permet d’observer de plus près les objets Herbig-Haro 46 et 47. Rappelons que ces objets astrophysiques associés aux noms de Guillermo Haro et George Herbig ont en réalité été découverts par Sherburne Wesley Burnham à la fin du XIXe siècle alors qu'il observait l'étoile T Tauri. On sait aujourd’hui que T Tauri est une protoétoile, une étoile variable si jeune qu’elle n’a pas encore achevé sa formation. Elle tire sa luminosité du mécanisme de Kelvin–Helmholtz, c'est-à-dire de la conversion directe de son énergie potentielle gravitationnelle en chaleur et pas de l’allumage en son centre des réactions de fusion nucléaire. Les étoiles au même stade d’évolution sont d’ailleurs dites en phase T Tauri.

Perdre du moment cinétique, une nécessité pour une protoétoile.

La formation d’une vraie étoile (c'est-à-dire un astre dont l’équilibre est assuré par des réactions nucléaires qui libèrent suffisamment d’énergie pour que l’effondrement gravitationnel soit stoppé) nécessite que la protoétoile perdre de la chaleur, du moment cinétique et même une partie de son champ magnétique. Une bonne façon de le faire est de former des planètes avec un disque protoplanétaire mais on pense que la production de jets de matière le long de l’axe de rotation de la protoétoile est aussi un mécanisme important. Ce sont ces jets qui, en entrant en collision avec le milieu interstellaire, y provoquent des ondes de choc et la formation des petites nébuleuses en émissions, étudiées de plus près par Herbig et Haro vers 1950.


Cette carte montre la constellation australe des Voiles (Vela de son nom latin). La plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans un ciel sombre y figurent. Un cercle rouge matérialise la position de la région de formation d'étoiles qui abrite Herbig-Haro HH 46/47, des structures inaccessibles à un petit télescope.

Alma a permis d’observer l’objet de Herbig-Haro 46/47 avant même que la construction de l'instrument ne soit achevée. Cet objet est situé à environ 1.400 années-lumière de la Terre dans la constellation australe des Voiles et ce sont les émissions des molécules de monoxyde de carbone présentes dans cet objet qu'Alma a détectées. Il n'aura fallu que cinq heures d’observations à Alma pour obtenir de nouvelles images de Herbig-Haro 46/47 alors que les radiotélescopes de la génération précédente en auraient exigé 50.

Les observations d’Alma ne sont pas seulement d'une plus grande résolution spatiale, elles permettent aussi de mesurer les vitesses de la matière dans le jet à l’origine de Herbig-Haro 46/47, lesquelles apparaissent bien plus élevées que ce que l’on imaginait. Ce résultat est une bonne chose car il signifie que le gaz qui s'échappe transporte bien plus d'énergie et de moment cinétique que ce que l’on avait mesuré jusqu’à présent, ce qui permet de mieux comprendre comment une protoétoile se débarrasse de son moment cinétique

Un compagnon pour la protoétoile associée à Herbig-Haro 46/47.

Les observations révèlent aussi deux nouveaux jets. L’un, comme on s’y attendait, se déplace dans la direction opposée du premier. En l’occurrence, il s’éloigne du système solaire et il correspond bien au modèle de deux jets symétriques s’éloignant perpendiculairement au disque protoplanétaire, s’élevant donc des pôles d’une protoétoile en formation.

Ce deuxième jet était resté caché par la poussière. C’était aussi le cas du troisième jet qui représente une découverte inattendue.  Il s’éloigne dans une direction perpendiculaire aux deux précédents. Il s’agit visiblement d’un jet associé à un autre objet, vraisemblablement  à un compagnon de faible masse de la jeune étoile à l’origine du jet causant l’existence de Herbig-Haro 46/47.

Selon Stuartt Corder, l'un des astrophysiciens à l’origine des travaux sur les observations de Herbig-Haro 46/47 avec Alma : « le niveau de détail qui caractérise les images de Herbig-Haro 46/47 est stupéfiant. D'autant plus impressionnant que ces images ont été acquises lors de la première phase d'exploitation scientifique d'Alma. Dans l'avenir, Alma procurera des images encore meilleures que celles-ci en une fraction de temps ».