Des observations de champs magnétiques dans des nuages ​​interstellaires constitués de gaz et de poussière indiquent que ces nuages ​​sont fortement magnétisés, et que les champs magnétiques influencent la formation d'étoiles en leur sein. Une observation clé est que l'orientation de leur structure interne est étroitement liée à celle du champ magnétique.

Pour comprendre le rôle des champs magnétiques, une équipe de recherche internationale dirigée par Thushara Pillai, Boston University &Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) à Bonn, Allemagne, observé le réseau filamentaire du gaz dense entourant un jeune amas d'étoiles dans le voisinage solaire, avec le polarimètre HAWC+ sur l'observatoire aéroporté SOFIA aux longueurs d'onde infrarouges. Leurs recherches montrent que tous les filaments denses ne sont pas créés égaux. Dans certains filaments, le champ magnétique succombe au flux de matière et s'aligne avec le filament. La force gravitationnelle prend le relais dans les parties les plus denses de certains filaments et le flux de gaz faiblement magnétisé qui en résulte peut alimenter la croissance de jeunes amas stellaires comme une bande transporteuse.

Les résultats sont publiés dans le numéro de cette semaine de Astronomie de la nature .

Le milieu interstellaire est composé de gaz et de poussières ténues qui remplissent la vaste quantité de vide entre les étoiles. S'étendant à travers la Galaxie, ce matériau assez diffus se trouve être un réservoir de masse important dans les Galaxies. Une composante importante de ce gaz interstellaire sont les nuages ​​moléculaires froids et denses qui retiennent la majeure partie de leur masse sous forme d'hydrogène moléculaire. Une découverte majeure au cours de la dernière décennie a été qu'un vaste réseau de filaments imprègne chaque nuage moléculaire. Une image a émergé que les étoiles comme notre propre soleil se forment préférentiellement en amas denses à l'intersection des filaments.

Les chercheurs ont observé le réseau filamentaire de gaz dense autour du cluster Serpens Sud avec HAWC+, un détecteur sensible à la polarisation embarqué sur l'observatoire aéroporté SOFIA, afin de comprendre le rôle des champs magnétiques. Situé à environ 1, 400 années-lumière de nous, l'amas de Serpens Sud est le plus jeune amas connu du voisinage local au centre d'un réseau de filaments denses.

Les observations montrent que les filaments gazeux de faible densité sont parallèles à l'orientation du champ magnétique, et que leur alignement devient perpendiculaire à des densités de gaz plus élevées. La haute résolution angulaire de HAWC+ révèle une autre, une tournure inédite de l'histoire. "Dans certains filaments denses, le champ magnétique succombe au flux de matière et est tiré en alignement avec le filament, " dit Thushara Pillai (Boston University et MPIfR Bonn), le premier auteur de la publication. "La force gravitationnelle prend le relais dans les parties les plus opaques de certains filaments de l'amas d'étoiles Serpens et le flux de gaz faiblement magnétisé qui en résulte peut alimenter la croissance de jeunes amas stellaires comme un tapis roulant, " Elle ajoute.

Il ressort des simulations théoriques et des observations que la nature filamenteuse des nuages ​​moléculaires joue en fait un rôle majeur dans la canalisation de la masse du plus grand milieu interstellaire vers les jeunes amas stellaires dont la croissance est alimentée par le gaz. Le processus de formation et d'évolution des étoiles devrait être entraîné par une interaction complexe de plusieurs forces fondamentales, à savoir la turbulence, la gravité, et le champ magnétique. Afin d'obtenir une description précise de la formation d'amas denses d'étoiles, les astronomes doivent cerner le rôle relatif de ces trois forces. Les mouvements turbulents des gaz ainsi que le contenu massique des filaments (et donc la force de gravitation) peuvent être mesurés avec une relative facilité. Cependant, la signature du champ magnétique interstellaire est faible, aussi parce qu'il est d'environ 10, 000 fois plus faible que le champ magnétique de notre propre Terre. Cela a fait des mesures des intensités de champ magnétique dans les filaments une tâche formidable.

"Les directions du champ magnétique dans cette nouvelle carte de polarisation de Serpens South s'alignent bien avec la direction du flux de gaz le long du filament sud étroit. Ensemble, ces observations soutiennent l'idée que les flux d'accrétion filamentaire peuvent aider à former un jeune amas d'étoiles, " ajoute Phil Myers du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, un co-auteur de l'article.

Une petite fraction de la masse d'un nuage moléculaire est constituée de petits grains de poussière qui sont mélangés au gaz interstellaire. Ces grains de poussière interstellaires ont tendance à s'aligner perpendiculairement à la direction du champ magnétique. Par conséquent, la lumière émise par les grains de poussière est polarisée et cette polarisation peut être utilisée pour tracer les directions du champ magnétique dans les nuages ​​moléculaires.

Récemment, la mission spatiale Planck a produit une carte très sensible de tout le ciel de l'émission de poussière polarisée à des longueurs d'onde inférieures à 1 mm. Cela a fourni la première vue à grande échelle de l'aimantation dans les nuages ​​moléculaires filamenteux et leurs environnements. Des études réalisées avec les données de Planck ont ​​révélé que les filaments ne sont pas seulement fortement magnétisés, mais ils sont couplés au champ magnétique de manière prévisible. L'orientation des champs magnétiques est parallèle aux filaments dans les environnements à faible densité. Les champs magnétiques changent d'orientation pour être perpendiculaires aux filaments à haute densité de gaz, impliquant que les champs magnétiques jouent un rôle important dans la mise en forme des filaments, par rapport à l'influence de la turbulence et de la gravité.

Cette observation indiquait un problème. Afin de former des étoiles dans des filaments gazeux, les filaments doivent perdre les champs magnétiques. Quand et où cela se produit-il ? Avec la résolution angulaire de l'ordre de grandeur plus élevée de l'instrument HAWC+ par rapport à Planck, il était maintenant possible de résoudre les régions dans les filaments où le filament magnétique devient moins important.

"Planck a révélé de nouveaux aspects des champs magnétiques dans le milieu interstellaire, mais les résolutions angulaires plus fines du récepteur HAWC+ de SOFIA et la polarimétrie NIR au sol nous offrent de nouveaux outils puissants pour révéler les détails vitaux des processus impliqués, " dit Dan Clemens, Professeur et président du département d'astronomie de l'Université de Boston, un autre co-auteur.

« Le fait que nous ayons pu capturer une transition critique dans la formation des étoiles était quelque peu inattendu. Cela montre à quel point les champs magnétiques cosmiques sont mal connus et combien la science passionnante nous attend de SOFIA avec le récepteur HAWC+, " conclut Thushara Pillai.