Une vue schématique de l'histoire du disque d'accrétion et de l'objet intrus. Les trois graphiques commençant en bas à gauche sont des instantanés de la simulation numérique, représentant le système au moment de l'événement de survol, 4000 ans plus tard et 8000 ans après, respectivement. L'image en haut à droite provient des observations d'ALMA, montrant le disque avec des spirales et deux objets autour de lui, correspondant au système 12 000 ans après l'événement de survol. 1 crédit :SHAO
Le Dr Lu Xing, chercheur associé à l'Observatoire astronomique de Shanghai (SHAO) de l'Académie chinoise des sciences, ainsi que des collaborateurs de l'Université du Yunnan, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et de l'Institut Max Planck, ont utilisé des observations à haute résolution données du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour découvrir un disque protostellaire massif dans le centre galactique et déterminer comment ses bras spiraux se sont formés.
Les recherches du groupe montrent que ce disque a été perturbé par une rencontre rapprochée avec un objet proche, conduisant ainsi à la formation des bras spiraux. Cette découverte démontre que la formation d'étoiles massives peut être similaire à celle d'étoiles de masse inférieure, par le biais de disques d'accrétion et de survols.
Les résultats ont été publiés dans Nature Astronomy le 30 mai.
Lors de la formation des étoiles, des disques d'accrétion apparaissent autour des étoiles naissantes. Ces disques d'accrétion, également appelés "disques protostellaires", sont un élément essentiel de la formation des étoiles. Les disques d'accrétion alimentent en continu les protoétoiles en gaz depuis l'environnement. En ce sens, ce sont des berceaux stellaires où les étoiles naissent et grandissent.
Pour les protoétoiles massives, en particulier les premières de type O de plus de 30 masses solaires, cependant, le rôle des disques d'accrétion dans leur formation n'est pas clair.
À une distance d'environ 26 000 années-lumière de la Terre, le Centre Galactique est un environnement de formation d'étoiles unique et important. Outre le trou noir supermassif Sgr A*, le Centre Galactique contient un énorme réservoir de gaz moléculaire dense, principalement sous forme d'hydrogène moléculaire (H2 ), qui est la matière première pour la formation des étoiles. Le gaz commence à former des étoiles une fois que l'effondrement gravitationnel a commencé.
Cependant, l'environnement du centre galactique est unique, avec de fortes turbulences et de puissants champs magnétiques ainsi que des forces de marée de Sgr A*, qui affectent tous considérablement la formation d'étoiles dans cette région.
Étant donné que la distance entre le centre galactique et la Terre est énorme et qu'il existe des contaminations complexes au premier plan, les observations directes des régions de formation d'étoiles autour du centre galactique ont été difficiles.
L'équipe de recherche dirigée par le Dr Lu a utilisé les longues observations de base d'ALMA pour atteindre une résolution de 40 milliarcsecondes. Pour avoir une idée de la finesse de cette résolution, cela permettrait à un observateur à Shanghai de repérer facilement un ballon de football à Pékin.
Grâce à ces observations ALMA à haute résolution et haute sensibilité, les chercheurs ont découvert un disque d'accrétion dans le centre galactique. Le disque a un diamètre d'environ 4 000 unités astronomiques et entoure une étoile de type O en formation, d'une masse d'environ 32 fois celle du soleil. Ce système est parmi les protoétoiles les plus massives avec des disques d'accrétion et représente la première imagerie directe d'un disque protostellaire dans le centre galactique.
La découverte suggère que les étoiles massives de type O précoce passent par une phase de formation impliquant des disques d'accrétion, et cette conclusion est valable pour l'environnement unique du Centre Galactique.
Ce qui est plus intéressant, c'est que le disque affiche clairement deux bras en spirale. De tels bras se trouvent souvent dans les galaxies spirales mais sont rarement observés dans les disques protostellaires. En général, des bras spiraux émergent dans les disques d'accrétion en raison de la fragmentation induite par l'instabilité gravitationnelle. Cependant, le disque découvert dans cette recherche est chaud et turbulent, ce qui lui permet d'équilibrer sa propre gravité.
En essayant d'expliquer ce phénomène, les chercheurs ont proposé une autre explication, à savoir que les spirales étaient induites par une perturbation externe. Les chercheurs ont proposé cette explication après avoir détecté un objet d'environ trois masses solaires, peut-être la source de la perturbation externe, à plusieurs milliers d'unités astronomiques du disque.
Pour vérifier cette proposition, les chercheurs ont calculé plusieurs dizaines d'orbites possibles de cet objet. Ils ont découvert qu'une seule de ces orbites pouvait perturber le disque au niveau observé. Ils ont ensuite réalisé une simulation numérique sur la plateforme de supercalcul haute performance de l'Observatoire astronomique de Shanghai pour tracer la trajectoire de l'objet intrus. Les scientifiques ont réussi à reproduire toute l'histoire de l'objet volant près du disque il y a plus de 10 000 ans, lorsqu'il aurait agité des spirales dans le disque.
"La bonne correspondance entre les calculs analytiques, la simulation numérique et les observations d'ALMA fournit des preuves solides que les bras en spirale dans le disque sont des reliques du survol de l'objet intrusif", a déclaré le Dr Lu.
Cette découverte démontre clairement que les disques d'accrétion aux premiers stades évolutifs de la formation d'étoiles sont soumis à de fréquents processus dynamiques tels que les survols et que ces processus peuvent influencer considérablement la formation d'étoiles et de planètes.
Fait intéressant, des survols peuvent également avoir eu lieu dans notre propre système solaire :un système stellaire binaire connu sous le nom d'étoile de Scholz a survolé le système solaire il y a environ 70 000 ans, pénétrant probablement à travers le nuage d'Oort et envoyant des comètes dans le système solaire interne.
L'étude actuelle suggère que pour les étoiles plus massives, en particulier dans l'environnement à haute densité stellaire autour du centre galactique, de tels survols devraient également être fréquents. "La formation de cette protoétoile massive est similaire à celle de ses cousins de masse inférieure comme le soleil, avec des disques d'accrétion et des événements de survol impliqués. Bien que les masses stellaires soient différentes, certains mécanismes physiques dans la formation des étoiles pourraient être les mêmes. Cela fournit des indices importants pour résoudre le mystère de la formation d'étoiles massives », a déclaré le Dr Lu. Bras en spirale dans un jeune disque d'accrétion autour d'une étoile bébé
