À une distance d'environ 1000 années-lumière, les jeunes systèmes de formation d'étoiles dans le nuage moléculaire de Persée peuvent être observés en détail avec des télescopes à haute résolution. Le système étudié dans ce travail, appelé Per-emb-2 (IRAS 03292+3039), se trouve dans la case marquée dans l'image. Crédit :MPE
Pour la première fois, les astronomes ont observé une bande transporteuse à la périphérie d'un nuage dense en formation d'étoiles déposant directement de la matière près d'une paire de jeunes étoiles en formation. Des scientifiques de l'Institut allemand Max Planck de physique extraterrestre (MPE) et de l'Institut français de radioastronomie millimétrique (IRAM) ont découvert que les mouvements de gaz dans la bande transporteuse, surnommé un "streamer, " obéissent principalement à l'attraction gravitationnelle de la partie la plus interne du noyau, près de la paire de protoétoiles. Le streamer délivre une grande quantité de gaz avec des produits chimiques récemment produits dans le nuage mère entourant la région de formation d'étoiles directement aux jeunes protoétoiles au centre du noyau. Ces résultats sont une preuve frappante que l'environnement à grande échelle autour des étoiles en formation a une influence importante sur la formation et l'évolution des disques à petite échelle.
Dans l'image générale de la formation des étoiles, une région dense et froide (appelée enveloppe) se forme à l'intérieur d'un nuage moléculaire beaucoup plus gros et plus moelleux. La matière nuageuse tourbillonne et s'écoule vers l'intérieur vers le centre de l'enveloppe, où naîtra une future star, le matériau devient encore plus dense et s'aplatit en un disque. Les jeunes protoétoiles au centre du disque se nourrissent et gagnent leur masse directement à partir du disque. Maintenant, pour la toute première fois, une banderole brillante de matériau reliant la partie la plus externe de l'enveloppe à la région interne où se forment des disques a été observée dans le nuage moléculaire de Persée. Le streamer aidant à réapprovisionner la région à l'échelle du disque avec plus de matériel au fur et à mesure qu'il est consommé par le système binaire, le nuage mère peut continuer à aider les jeunes protoétoiles et leurs disques protoplanétaires à se développer.
"Les simulations numériques de la formation du disque se concentrent généralement sur des systèmes proto-étoiles uniques, " explique Jaime Pineda de MPE, qui dirigent l'étude. "Nos observations poussent l'idée un peu plus loin, en étudiant une banderole de matière chimiquement fraîche à de grandes distances jusqu'à des échelles où nous nous attendons à ce qu'un disque se forme autour d'une paire proche de jeunes protoétoiles. » Les astronomes ont utilisé le Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) pour étudier le jeune Per-emb-2 (IRAS 03292 + 3039) système binaire proto-stellaire. Le système binaire a montré une certaine variabilité ou scintillement dans les observations passées, laissant entendre qu'il pourrait s'agir d'une cible intéressante pour étudier l'impact de l'environnement sur la formation d'étoiles à petite échelle.
Image du « streamer » alimentant de la matière chimiquement fraîche à une distance d'environ 10, 500 UA à la proto-étoile au centre de l'image. Les trois images utilisent des molécules différentes comme traceurs, indiqué en haut à droite, et tous montrent le streamer en action. Le codage couleur est fonction de l'intensité intégrée du signal. Crédit :MPE
L'équipe a observé plusieurs molécules, ce qui leur a permis de mesurer les mouvements du gaz et de découvrir un écoulement de matière le long de la flûte depuis les régions extérieures de l'enveloppe à une distance d'environ 10, 500 UA jusqu'au disque formant des échelles. Les emplacements et la vitesse du gaz étaient bien adaptés par un modèle théorique d'un flux de matière en chute libre de grande à petite échelle, confirmant que la dynamique du streamer est contrôlée par la région centrale la plus dense du système. "Ce n'est pas si souvent que la théorie et les observations correspondent si clairement. Nous étions ravis de voir cette confirmation de ce que les images du télescope essayaient de nous dire, " dit le co-auteur Dominique Segura-Cox de MPE. Les estimations de la masse de matière injectée dans le noyau interne vont de 0,1 à une masse solaire, qui est une fraction substantielle de la masse totale dans le nuage dense de formation d'étoiles (environ trois masses solaires).
Ce graphique montre la vitesse du matériau dans la flûte, où le bleu (rouge) désigne une vitesse relativement faible (élevée) par rapport au noyau, la région la plus intimement liée gravitationnellement du système stellaire nouvellement formé. Le champ de vitesse est lisse et montre un gradient de vitesse clair, démontrant un flux fluide de matériaux de grande à petite échelle. Crédit :MPE
"Le streamer doit en effet faire venir du matériel chimiquement frais des régions extérieures dans un délai relativement court, " ajoute Pineda. " L'identification claire d'un si grand réservoir de matière fraîche en chute libre presque est remarquable. " Cela montre clairement que de nouveaux matériaux pourraient façonner la morphologie et les mouvements du gaz dans les jeunes systèmes stellaires. " La composition chimique de les disques protoplanétaires en croissance et en évolution seront également affectés par ce nouveau phénomène.", conclut Paola Caselli, directeur chez MPE et une partie de l'équipe. "La molécule qui nous a permis de découvrir le streamer possède trois atomes de carbone (HCCCN), qui sera ensuite disponible pour enrichir la chimie organique (en route vers des composés prébiotiques) pendant la phase d'assemblage de la planète. Cependant, on ne sait toujours pas à quelle fréquence et pendant combien de temps ce processus pourrait se produire dans l'évolution des jeunes systèmes stellaires, des observations plus détaillées de jeunes proto-étoiles sont donc nécessaires.
