Ces quatre images prises par le télescope spatial Hubble de la NASA révèlent la naissance chaotique des étoiles du complexe d'Orion, la région de formation d'étoiles majeure la plus proche de la Terre. Les clichés montrent des étoiles naissantes enfouies dans des cocons gazeux poussiéreux annonçant leur naissance en déclenchant des vents puissants et des paires de filatures, des jets de type arroseur à gazon jaillissent dans des directions opposées. La lumière proche infrarouge perce la région poussiéreuse pour dévoiler les détails du processus d'accouchement. Les écoulements stellaires creusent des cavités dans le nuage d'hydrogène gazeux. Cette phase d'accouchement relativement brève dure environ 500, 000 ans. Bien que les étoiles elles-mêmes soient enveloppées de poussière, ils émettent un rayonnement puissant, qui frappe les parois de la cavité et disperse les grains de poussière, éclairant en lumière infrarouge les interstices des enveloppes gazeuses. Les astronomes ont découvert que les cavités du nuage de gaz environnant sculptées par l'écoulement d'une étoile en formation ne se développaient pas régulièrement à mesure qu'elles mûrissaient, comme le proposent les théories. Les jeunes étoiles sur ces images ne sont qu'un sous-ensemble d'une étude ambitieuse de 304 étoiles en développement, le plus grand jamais réalisé à ce jour. Les chercheurs ont utilisé des données précédemment collectées à partir des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA et du télescope spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne. Les protostars ont été photographiées en lumière proche infrarouge par la caméra à champ large de Hubble 3. Les images ont été prises le 14 novembre. 2009, et le 25 janvier, 11 février et le 11 août 2010. Crédit :NASA, ESA, et N. Habel et S. T. Megeath (Université de Tolède)
Les stars n'hésitent pas à annoncer leur naissance. Comme ils sont nés de l'effondrement de nuages géants d'hydrogène gazeux et commencent à se développer, ils lancent des vents semblables à des ouragans et tournent, des jets de type arroseur à gazon jaillissent dans des directions opposées.
Cette action creuse d'énormes cavités dans les nuages de gaz géants. Les astronomes pensaient que ces crises de colère stellaires finiraient par éliminer le nuage de gaz environnant, stopper la croissance de l'étoile. Mais dans une analyse complète de 304 étoiles naissantes dans le complexe d'Orion, la région de formation d'étoiles majeure la plus proche de la Terre, les chercheurs ont découvert que l'élimination du gaz par la sortie d'une étoile n'est peut-être pas aussi importante pour déterminer sa masse finale que les théories conventionnelles le suggèrent. Leur étude était basée sur des données précédemment collectées des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA et du télescope spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne.
L'étude laisse les astronomes se demander encore pourquoi la formation d'étoiles est si inefficace. Seulement 30% de la masse initiale d'un nuage de gaz d'hydrogène se transforme en une étoile nouveau-née.
Bien que notre galaxie soit une immense ville d'au moins 200 milliards d'étoiles, les détails de leur formation restent largement enveloppés de mystère.
Les scientifiques savent que les étoiles se forment à partir de l'effondrement d'énormes nuages d'hydrogène qui sont comprimés par gravité au point où la fusion nucléaire s'enflamme. Mais seulement environ 30% de la masse initiale du nuage se transforme en une étoile nouveau-née. Où va le reste de l'hydrogène au cours d'un processus aussi terriblement inefficace ?
Il a été supposé qu'une étoile nouvellement formée souffle beaucoup de gaz chaud à travers des jets sortants en forme de sabre laser et des vents ressemblant à des ouragans lancés depuis le disque qui l'entoure par de puissants champs magnétiques. Ces feux d'artifice devraient étouffer la croissance de l'étoile centrale. Mais un nouveau, enquête complète de Hubble montre que cette explication la plus courante ne semble pas fonctionner, laissant les astronomes perplexes.
Les chercheurs ont utilisé des données précédemment collectées des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA et du télescope spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne pour analyser 304 étoiles en développement, appelés protoétoiles, dans le complexe d'Orion, la région de formation d'étoiles majeure la plus proche de la Terre. (Spitzer et Herschel ne sont plus opérationnels.)
Dans ce plus grand sondage jamais réalisé sur les étoiles naissantes à ce jour, les chercheurs découvrent que l'élimination du gaz par la sortie d'une étoile n'est peut-être pas aussi importante pour déterminer sa masse finale que les théories conventionnelles le suggèrent. L'objectif des chercheurs était de déterminer si les écoulements stellaires arrêtent l'afflux de gaz sur une étoile et l'empêchent de croître.
Au lieu, ils ont découvert que les cavités dans le nuage de gaz environnant sculptées par l'écoulement d'une étoile en formation ne se développaient pas régulièrement à mesure qu'elles mûrissaient, comme le proposent les théories.
Cette image au sol offre une vue large de l'ensemble du complexe nuageux d'Orion, la région de formation d'étoiles majeure la plus proche de la Terre. Le matériau rouge est de l'hydrogène gazeux ionisé et chauffé par le rayonnement ultraviolet des étoiles massives d'Orion. Les étoiles se forment dans des nuages de gaz d'hydrogène froid qui sont soit invisibles, soit apparaissent comme des régions sombres sur cette image. La forme du croissant s'appelle la boucle de Barnard et s'enroule en partie autour de la figure de la constellation d'hiver d'Orion le chasseur. La ceinture du chasseur est la chaîne diagonale de trois étoiles au centre de l'image. Ses pieds sont les étoiles brillantes Saiph (en bas à gauche) et Rigel (en bas à droite). Ce paysage englobe des dizaines de milliers d'étoiles nouvellement formées qui prennent vie. Beaucoup sont encore enfermés dans leurs cocons natals de gaz et de poussière et ne sont vus qu'en lumière infrarouge. La ligne ondulante de points jaunes, en commençant en bas à gauche, est une image superposée de 304 étoiles naissantes prise par le télescope spatial Hubble de la NASA. Ce paysage englobe des dizaines de milliers d'étoiles nouvellement formées qui prennent vie. Beaucoup sont encore enfermés dans leurs cocons natals de gaz et de poussière et ne sont vus qu'en lumière infrarouge. Les chercheurs ont utilisé les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA et le télescope spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne pour analyser comment les puissants flux sortants des jeunes étoiles creusent des cavités dans les vastes nuages de gaz. L'étude est la plus grande enquête jamais réalisée sur les étoiles en développement. Crédit :R. B. Andreo, DeepSkyColors.com; Superposition de données :NASA, ESA, STScI, N. Habel et S. T. Megeath (Université de Tolède)
"Dans un modèle de formation stellaire, si vous commencez avec une petite cavité, comme la protoétoile devient rapidement plus évoluée, son écoulement crée une cavité de plus en plus grande jusqu'à ce que le gaz environnant soit finalement soufflé, laissant une étoile isolée, " explained lead researcher Nolan Habel of the University of Toledo in Ohio.
"Our observations indicate there is no progressive growth that we can find, so the cavities are not growing until they push out all of the mass in the cloud. Donc, there must be some other process going on that gets rid of the gas that doesn't end up in the star."
The team's results will appear in an upcoming issue of The Journal d'astrophysique .
Une star est née
During a star's relatively brief birthing stage, lasting only about 500, 000 ans, the star quickly bulks up on mass. What gets messy is that, as the star grows, it launches a wind, as well as a pair of spinning, lawn-sprinkler-style jets shooting off in opposite directions. These outflows begin to eat away at the surrounding cloud, creating cavities in the gas.
Popular theories predict that as the young star evolves and the outflows continue, the cavities grow wider until the entire gas cloud around the star is completely pushed away. With its gas tank empty, the star stops accreting mass—in other words, it stops growing.
To look for cavity growth, the researchers first sorted the protostars by age by analyzing Herschel and Spitzer data of each star's light output. The protostars in the Hubble observations were also observed as part of the Herschel telescope's Herschel Orion Protostar Survey.
Then the astronomers observed the cavities in near-infrared light with Hubble's Near-infrared Camera and Multi-object Spectrometer and Wide Field Camera 3. The observations were taken between 2008 and 2017. Although the stars themselves are shrouded in dust, they emit powerful radiation which strikes the cavity walls and scatters off dust grains, illuminating the gaps in the gaseous envelopes in infrared light.
The Hubble images reveal the details of the cavities produced by protostars at various stages of evolution. Habel's team used the images to measure the structures' shapes and estimate the volumes of gas cleared out to form the cavities. From this analysis, they could estimate the amount of mass that had been cleared out by the stars' outbursts.
"We find that at the end of the protostellar phase, where most of the gas has fallen from the surrounding cloud onto the star, a number of young stars still have fairly narrow cavities, " said team member Tom Megeath of the University of Toledo. "So, this picture that is still commonly held of what determines the mass of a star and what halts the infall of gas is that this growing outflow cavity scoops up all of the gas. This has been pretty fundamental to our idea of how star formation proceeds, but it just doesn't seem to fit the data here."
Future telescopes such as NASA's upcoming James Webb Space Telescope will probe deeper into a protostar's formation process. Webb spectroscopic observations will observe the inner regions of disks surrounding protostars in infrared light, looking for jets in the youngest sources. Webb also will help astronomers measure the accretion rate of material from the disk onto the star, and study how the inner disk is interacting with the outflow.
