La formation d’étoiles est sans doute le processus le plus important de l’univers. Au cours de leur vie, puis à leur mort, les étoiles produisent de tous les éléments chimiques à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium (produits lors du big bang). Dans leur jeunesse, les étoiles nourrissent la naissance de planètes et de corps plus petits, et leur disparition se traduit par des supernovae, des corps super denses comme des trous noirs, des étoiles à neutrons ou des naines blanches, et des nébuleuses.
Les étoiles rayonnent leur énergie abondante dans le cosmos à des longueurs d’onde à travers le spectre, réchauffant les surfaces des planètes, facilitant la chimie interstellaire et éclairant les galaxies à toutes les époques cosmiques. La formation des étoiles, en déterminant les emplacements, les abondances et les masses relatives des étoiles, régule la palette du ciel et son arc-en-ciel d’attributs.
Les étoiles dans l’univers se forment, du moins à notre époque actuelle, lorsque des nuages massifs contenant du gaz moléculaire s’effondrent par gravité. Mais dans la Voie lactée, ce processus est très inefficace ; seulement 1% environ du matériel disponible se retrouve dans une étoile. Les astronomes pensent que l’une des raisons est que les noyaux de formation d’étoiles sont empêchés de se développer par la pression vers l’extérieur des mouvements de gaz supersoniques turbulents (c’est-à-dire que le gaz se déplace plus vite que la vitesse du son) et par les écoulements des supernovae, des vents ou des jets produits par une génération antérieure. d’étoiles. C’est du moins l’image des étoiles de faible masse.
Cependant, les observations de jeunes étoiles massives suggèrent parfois la conclusion opposée, à savoir que les étoiles de masse élevée se forment précisément là où la turbulence gazeuse empêche les étoiles de faible masse de se développer jusqu’à ce qu’une masse suffisante s’accumule pour que des étoiles massives naissent. Les nombreux processus physiques complexes et entrelacés impliqués laissent de nombreuses énigmes, notamment pourquoi les étoiles se forment avec une faible efficacité, pourquoi elles ont les masses particulières qu’elles font, pourquoi et comment elles se forment en amas, et pourquoi certaines sont dans plusieurs systèmes alors que d’autres ne le sont pas. .
Les simulations informatiques peuvent fournir des informations fondamentales sur ces questions. Les astronomes travaillent depuis des décennies à affiner leurs codes et à les comparer aux observations. La tâche est ardue : non seulement de nombreux processus physiques différents sont à l’œuvre, mais ils s’influencent les uns les autres, tandis que des étapes critiques se produisent à travers des échelles spatiales allant de centaines d’années-lumière au voisinage immédiat de l’étoile embryonnaire, et des échelles de temps allant de millions d’années à journées. Une simulation réaliste de la formation d’étoiles doit en quelque sorte rendre compte avec précision de tout cela.
L’astronome CfA Anna Rosen et ses collègues ont développé la première simulation de nuages moléculaires géants qui suit la formation d’étoiles individuelles et leur rétroaction des jets, du rayonnement, des vents et des supernovae. Il s’appuie sur leurs codes antérieurs qui incluaient la gravité, les champs magnétiques et la turbulence, mais qui donnaient des efficacités de formation d’étoiles irréalistes et produisaient un excès d’étoiles massives.
La nouvelle simulation numérique retrace la formation d’étoiles dans un nuage pendant environ 8 millions d’années, en utilisant environ 160 millions de pas, certains séparés par des temps d’une journée seulement. Il évite les défauts des codes antérieurs tout en conservant une cohérence globale avec leurs résultats plus précis. Il aboutit également à des conclusions importantes, parmi lesquelles les jets protostellaires sont une source dominante de rétroaction qui inhibe la naissance stellaire – la rétroaction des supernovae se produit trop tard dans le cycle de naissance pour perturber sérieusement le développement des autres étoiles de la pépinière.
Publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Societycette réalisation historique est la première simulation numérique de tout type à modéliser la formation d’un amas stellaire tout en suivant la formation, l’accrétion, le mouvement, l’évolution et la rétroaction d’étoiles et de protoétoiles individuelles, avec la rétroaction de tous les principaux canaux : jets protostellaires, stellaires les vents, le rayonnement stellaire et les supernovae d’effondrement du cœur.
Michael Y Grudić et al, La dynamique et le résultat de la formation d’étoiles avec des jets, des radiations, des vents et des supernovae de concert, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2022). DOI : 10.1093/mnras/stac526