Trois scientifiques de l'Institut Niels Bohr (NBI), Université de Copenhague, ont effectué des simulations informatiques approfondies liées à la formation d'étoiles. Ils concluent que les modèles idéalisés actuels font défaut lorsqu'il s'agit de décrire les détails du processus de formation des étoiles. "J'espère que nos résultats pourront également aider à faire plus de lumière sur la formation des planètes, " dit Michael Küffmeier, astrophysicien et chef de l'équipe de recherche.

Afin d'expliquer les bases de la formation des étoiles, on peut utiliser des modèles simples – des formes géométriques simples qui sont faciles à comprendre et auxquelles s'identifier.

Mais même ainsi - même lorsque des modèles aussi simples peuvent expliquer les principes de base à l'œuvre, ils peuvent encore faire défaut en ce qui concerne les détails quantitatifs - ce qui est exactement ce que trois chercheurs du Center for Star and Planet Formation du NBI démontrent dans un article scientifique qui vient d'être publié dans The Journal d'astrophysique .

Les scientifiques ont réalisé des simulations informatiques de la formation de centaines d'étoiles, dont neuf étoiles soigneusement sélectionnées, représentant diverses régions de l'espace, ont été choisis pour une modélisation plus détaillée, explique l'astrophysicien Michael Küffmeier, chef du projet – qui constitue également une partie importante de son doctorat. thèse.

Küffmeier a planifié et réalisé la recherche en coopération avec le professeur Åke Nordlund, collègue du NBI, et le maître de conférences Troels Haugbølle - et les simulations montrent que la formation des étoiles est en effet fortement influencée par les conditions environnementales locales dans l'espace, dit Küffmeier :« Ces conditions contrôlent par exemple la taille des disques protoplanétaires, et la vitesse à laquelle les formations d'étoiles ont lieu - et aucune étude scientifique n'a jamais montré cela auparavant."

Des ordinateurs fonctionnant 24 heures sur 24

Selon le modèle classique, une étoile se forme lorsqu'un noyau préstellaire - une accumulation arrondie contenant environ 99% de gaz et 1% de poussière - s'effondre en raison d'un "surpoids". une étoile se forme au centre de l'effondrement – ​​suivi, en raison du moment cinétique, par la formation d'un disque de gaz et de poussières tournant autour de l'étoile.

"C'est le disque protoplanétaire de l'étoile, et on pense que les planètes se sont formées dans de tels disques - la planète Terre ne faisant pas exception, " dit Michael Küffmeier.

Mais comment les chercheurs du NBI sont-ils parvenus à détailler ce modèle ? La réponse est étroitement liée aux simulations informatiques de pointe :vous alimentez certains des ordinateurs les plus puissants disponibles avec une « charge » d'informations presque insondable - et les laissez travailler 24 heures sur 24 pendant des mois. Puis, Michael Küffmeier dit, vous aurez peut-être la chance de pouvoir mettre à l'épreuve des concepts même établis :

"Nous avons commencé par étudier l'étape avant les noyaux préstellaires. Et quand vous vous y essayez via des simulations informatiques, vous devrez inévitablement faire face aux nuages ​​​​moléculaires géants - qui sont des régions de l'espace denses en gaz et en poussière; Régions, où a lieu la formation des étoiles."

Un nuage très volumineux

Un nuage moléculaire géant est appelé « géant » pour une raison – il suffit de prendre le nuage moléculaire géant que les trois chercheurs du NBI ont étudié. Si vous regardez de près ce nuage - et pour des raisons de calcul, décidez de l'examiner en le "compressant" dans un modèle cubique, c'est ce que les chercheurs ont fait - vous vous retrouvez avec un cube mesurant 8 millions de fois la distance entre le Soleil et la Terre de tous les côtés. Et si vous effectuez cette multiplication, le résultat final sera plus de chiffres que la plupart des cerveaux peuvent même vaguement comprendre, puisque la distance du Soleil à la Terre est de 150 millions de kilomètres.

Les chercheurs du NBI ont examiné de près neuf étoiles différentes dans ce nuage moléculaire géant - "et dans chaque cas, nous avons rassemblé de nouvelles connaissances sur la formation de cette étoile particulière, " dit Michael Küffmeier :

Formation d'étoiles dans un nuage moléculaire géant. Les petits points blancs représentent les étoiles dans la simulation informatique.

"Comme nous avons travaillé dans différentes régions d'un nuage moléculaire géant, les résultats des étoiles examinées ont révélé des différences dans, par ex. la formation du disque et la taille du disque qui peuvent être attribuées à l'influence exercée par les conditions environnementales locales. En ce sens, nous sommes allés au-delà de la compréhension classique de la formation des étoiles."

L'équipe NBI avait accès à des super ordinateurs - un grand nombre d'ordinateurs simples reliés en réseaux - certains à Paris, et certains à Copenhague au H.C. Institut Ørsted de l'Université de Copenhague. Et les machines étaient vraiment mises au travail, dit le maître de conférences Troels Haugbølle, l'un des co-auteurs de Michael Küffmeiers :

"Ces calculs étaient si poussés que si vous imaginez que les simulations décrivant la formation d'une seule des étoiles devaient être effectuées sur un seul ordinateur portable, la machine devrait fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 pendant près de 200 ans."

Appuyé par des observations

Sur la base des simulations informatiques, les trois scientifiques du NBI ont étudié en particulier l'influence des champs magnétiques et de la turbulence – des facteurs qui jouent un rôle important dans la formation des étoiles. Ceci peut, ajoute Michael Küffmeier, être l'une des raisons pour lesquelles les disques protoplanétaires sont relativement petits dans certaines régions d'un nuage moléculaire géant :

"Nous sommes en mesure de voir à quel point l'environnement est important pour le processus de formation des étoiles. Nous avons ainsi commencé sur la voie de rendre réaliste, modèles quantitatifs de la formation des étoiles et de la planète, et nous continuerons à approfondir cela. L'une des choses que nous aimerions examiner a à voir avec le devenir de la poussière dans les disques protoplanétaires - nous voulons savoir comment la poussière et le gaz sont séparés, permettant à la fin des planètes de se former."

Les scientifiques du NBI sont ravis que leurs simulations informatiques semblent être étayées par des observations au télescope, de l'espace et du sol - parmi ceux-ci, observations effectuées par le puissant télescope ALMA dans le nord du Chili, dit Michael Küffmeier :« Ce sont des observations qui corroborent qualitativement nos simulations.

Le fait que les observations du télescope "corroborent qualitativement" les simulations informatiques du NBI signifie que les deux ensembles de données ne se heurtent ou ne se contredisent pas de manière significative, explique Michael Küffmeier :« Rien de dérivé des observations au télescope ne contredit notre hypothèse principale :que la formation d'étoiles est une conséquence directe de processus se produisant à plus grande échelle.

Les scientifiques s'attendent à ce que leurs simulations informatiques continues contribuent à une meilleure compréhension de la formation des planètes - en combinant les connaissances tirées des simulations NBI avec des observations effectuées par ALMA ainsi que le télescope spatial James Webb extrêmement avancé dont le lancement est prévu en octobre 2018.

"Le télescope spatial James Webb sera en mesure de nous fournir des informations sur l'atmosphère entourant les exoplanètes - des planètes en dehors de notre système solaire en orbite autour d'une étoile, " dit Michael Küffmeier :" Ceci, trop, nous aidera à mieux comprendre l'origine des planètes."