[News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
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[News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Grâce à des simulations numériques à très haute résolution, des astrophysiciens du CEA et du CNRS menés par Florent Renaud (1) ont pu analyser pour la première fois en détail les effets de la turbulence générée lors de la collision de deux galaxies. Ces simulations numériques, en résolvant les mouvements désordonnés du gaz contenu dans les galaxies jusqu'à de très petites échelles, expliquent enfin un phénomène observé par les astrophysiciens mais incompris jusqu’ici : l...
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cisou9
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Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Le CEA est connu comme commissariat à l'énergie atomique.
Maintenant l’appellation à changée : Commissariat aux Énergies Alternatives ... ___
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Maintenant l’appellation à changée : Commissariat aux Énergies Alternatives ... ___
___Un homme est heureux tant qu'il décide de l'être et nul ne peux l'en empêcher.
Alexandre Soljenitsyne.
Alexandre Soljenitsyne.
Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Pour avoir lu un article de recherche détaillé sur le sujet de la formation des étoiles, c'est un sujet hyper-complexe et très mal maîtrisé ...
En résumé et de mémoire, il implique :
- les champs magnétiques, qui ont un rôle crucial et ont une force à peu près du même ordre de grandeur que la gravitation (en gros, selon les zones, ils dominent les effets gravitationnels ou au contraire, ils ont peu d'impact)
- la turbulence ... : sujet éminemment complexe et très peu maîtrisé théoriquement. Habituellement, on compense par une approche expérimentale (ex : maquettes et essais en soufflerie pour les avions, et efforts itératifs pour trouver des "recettes de cuisine" qui permettent de modéliser ce qu'on observe au mieux dans des modèles informatiques), mais en astrophysique, c'est pas facile de faire des expériences avec des étoiles et des galaxies ... Donc en résumé, on est un peu dans une impasse !
- cette turbulence a en plus le mauvais goût d'être largement hypersonique ! Déjà qu'on maîtrise mal la turbulence subsonique, alors la turbulence hypersonique, les spécialistes sont apparemment d'accord pour dire qu'on est pas mal dans le brouillard
- la chimie des gaz : pas de chance, la chimie a un rôle majeur dans l'histoire, avec par exemple une très forte corrélation entre proportion d'hydrogène moléculaire (H2) vs hydrogène atomique (H) et formation d'étoiles.
- les poussières, qui ont des tailles très variées et jouent un rôle important dans les propriétés chimiques et thermiques des nuages de gaz
- l'influence détaillée des étoiles sur leur environnement, et notamment les vents stellaires. Pas de chance, on les connaît très mal : même pour le Soleil, on ne le connaît pas très bien et on en comprend pas très bien le fonctionnement
- l'effet des novae, des supernovae, des trous noirs, du trou noir central de la galaxie, ... : on sait qu'ils ont une forte influence, mais on maîtrise mal les détails
- l'influence des rayons cosmiques, qui est très importante mais mal maîtrisée également : on les connaît assez mal, et notamment peu leur composition exacte et leur origine, ce qui n'aide pas à les modéliser correctement
- et il y a certainement plusieurs autres difficultés importante que j'ai oubliées ... !
En bref, c'est une science très complexe, avec plein de sujets plus ou moins bien compris. Et malheureusement, aucun espoir de faire des "expériences" dont on maîtrise les paramètres, seulement la possibilité de regarder des "instantanés" (à l'échelle cosmique, un siècle est une photo, pas une vidéo ...) de ce qui se passe autour de nous, et d'essayer de comprendre les détails et la dynamique de l'Univers. Beau challenge.
Tout ça pour conclure que l'article me semble un tout petit peu trop conclusif : une simulation semble donner de bons résultats, c'est bien, mais il reste beaucoup de chemin à faire pour bien comprendre la dynamique des nuages de gaz et la naissance des étoiles !
En résumé et de mémoire, il implique :
- les champs magnétiques, qui ont un rôle crucial et ont une force à peu près du même ordre de grandeur que la gravitation (en gros, selon les zones, ils dominent les effets gravitationnels ou au contraire, ils ont peu d'impact)
- la turbulence ... : sujet éminemment complexe et très peu maîtrisé théoriquement. Habituellement, on compense par une approche expérimentale (ex : maquettes et essais en soufflerie pour les avions, et efforts itératifs pour trouver des "recettes de cuisine" qui permettent de modéliser ce qu'on observe au mieux dans des modèles informatiques), mais en astrophysique, c'est pas facile de faire des expériences avec des étoiles et des galaxies ... Donc en résumé, on est un peu dans une impasse !
- cette turbulence a en plus le mauvais goût d'être largement hypersonique ! Déjà qu'on maîtrise mal la turbulence subsonique, alors la turbulence hypersonique, les spécialistes sont apparemment d'accord pour dire qu'on est pas mal dans le brouillard
- la chimie des gaz : pas de chance, la chimie a un rôle majeur dans l'histoire, avec par exemple une très forte corrélation entre proportion d'hydrogène moléculaire (H2) vs hydrogène atomique (H) et formation d'étoiles.
- les poussières, qui ont des tailles très variées et jouent un rôle important dans les propriétés chimiques et thermiques des nuages de gaz
- l'influence détaillée des étoiles sur leur environnement, et notamment les vents stellaires. Pas de chance, on les connaît très mal : même pour le Soleil, on ne le connaît pas très bien et on en comprend pas très bien le fonctionnement
- l'effet des novae, des supernovae, des trous noirs, du trou noir central de la galaxie, ... : on sait qu'ils ont une forte influence, mais on maîtrise mal les détails
- l'influence des rayons cosmiques, qui est très importante mais mal maîtrisée également : on les connaît assez mal, et notamment peu leur composition exacte et leur origine, ce qui n'aide pas à les modéliser correctement
- et il y a certainement plusieurs autres difficultés importante que j'ai oubliées ... !
En bref, c'est une science très complexe, avec plein de sujets plus ou moins bien compris. Et malheureusement, aucun espoir de faire des "expériences" dont on maîtrise les paramètres, seulement la possibilité de regarder des "instantanés" (à l'échelle cosmique, un siècle est une photo, pas une vidéo ...) de ce qui se passe autour de nous, et d'essayer de comprendre les détails et la dynamique de l'Univers. Beau challenge.
Tout ça pour conclure que l'article me semble un tout petit peu trop conclusif : une simulation semble donner de bons résultats, c'est bien, mais il reste beaucoup de chemin à faire pour bien comprendre la dynamique des nuages de gaz et la naissance des étoiles !
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cisou9
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Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Avec cette explication on est super bien renseigné !!! ___kace a écrit :- les champs magnétiques, qui ont un rôle crucial et ont une force à peu près du même ordre de grandeur que la gravitation (en gros, selon les zones, ils dominent les effets gravitationnels ou au contraire, ils ont peu d'impact)
___Un homme est heureux tant qu'il décide de l'être et nul ne peux l'en empêcher.
Alexandre Soljenitsyne.
Alexandre Soljenitsyne.
Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
lol !cisou9 a écrit :Avec cette explication on est super bien renseigné !!! ___kace a écrit :- les champs magnétiques, qui ont un rôle crucial et ont une force à peu près du même ordre de grandeur que la gravitation (en gros, selon les zones, ils dominent les effets gravitationnels ou au contraire, ils ont peu d'impact)
Dans certains nuages interstellaires, les champs magnétiques sont suffisamment puissants pour contrer les effets de la gravitation et empêcher la contraction des gaz, et donc les étoiles ne peuvent se former.
A l'inverse, dans d'autres nuages ou bien ailleurs dans ces mêmes nuages, les champs sont plus faibles et la contraction des nuages est possible ...
Et dans la plupart des cas, le champ magnétique (difficile à mesurer, au passage ...) a une force dont l'ordre de grandeur est proche de celle du seuil entre "bloquant la formation des étoiles" ou "non bloquant". En bref, on est souvent dans le cas pénible où les simplifications de modélisation (un effet négligeable devant l'autre) ne sont pas possibles :-(
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FlorentR
Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Bonjour,
je suis l'auteur principal de ce travail.
Je tiens a remercier kace pour avoir fournis une revue très complete des processus de régulation de la formation stellaire !
La question du champ magnétique m'a été posée à plusieurs reprise depuis la sortie du communiqué de presse donc je vais y répondre du mieux que je peux.
En effet, comme kace l'a précisé, le champ magnétique peut s'opposer à la gravitation et freiner l'effondrement d'un nuage ou d'un coeur pré-stellaire, ce qui ralentirai la formation des étoiles. Des simulations de nuages de gaz l'ont montré.
Dans notre travail, nous avons ignoré le champ magnétique pour 3 raisons :
(1) le but d'une simulation numérique n'est pas d'inclure tous les phénomènes physiques pour reproduire la réalité le plus fidèlement possible. Autant observer directement la réalité ! Il s'agit plutot de comprendre l'effet de tel ou tel phénomène, et dans ce cas, il est bien plus facile d'en ignorer d'autres, pour faciliter l'interprétations des résultats.
(2) A ma connaissance, du fait de la difficulté de mesurer le champ magnétique en astronomie, personne ne sait comment le parametriser de façon réaliste. Quelles doivent être son intensité, sa direction etc ...? Les simulations de nuages incluants le champ magnétique sont en réalité des séries de simulations dans lesquelles s'ont variés ces paramètres dans le but de trouver des comportements typiques. Il faut donc faire plusieurs simulations. Ce n'est pas possible aux résolutions de nos simulations : nous devons nous contenter d'une unique simulation.
(3) Si le champ magnétique a bien un effet sur la formation stellaire à l'échelle des coeurs pré-stellaires (fraction d'année-lumière), il n'a pas d'effet significatif à l'échelle de notre étude : nous avons quantifié la variation d'efficacité de formation stellaire dans des régions beaucoup plus grandes (environ 100 fois). Dans ce cas, il est acceptable de négliger le champ magnétique.
Peut-être que mon troisième point soulève des questions : comment conclure sur la formation des étoiles si on ne la résoud pas ?
En effet, malgré la très haute résolution de nos simulations, nous ne résolvons pas la formation d'étoiles. On utilise ce qu'on appelle des recettes sous-grille, qui miment la physique supposée des échelles plus petites que notre résolution. Et c'est un gros problème auquel tous les chercheurs du domaine sont confrontés. En faisant ca, on admet négliger les effets des phénomènes à l'intérieur des "boites" de la taille de notre résolution, tout simplement parce qu'on ne sait pas mieux faire.
L'intérêt de notre travail est alors de montré que d'autres phénomènes, qui jouent un role important à plus grande échelle (comme la gravitation et la turbulence), modifient les conditions physiques de ces "boites". Ici, nous montrons que la collision de galaxies augmente la turbulence compressive, et donc la densité du gaz dans les boites. Comme il a été établi qu'il existe des relations entre densité de gaz et formation stellaire, nous pouvons affirmer que la formation stellaire est influencé par ces phénomènes.
Mais nous ne pouvons que spéculer sur la physique sous-grille (dans la "boite"). D'ailleurs, nous le faisons dans le papier scientifique (en anglais) en disant que SI les variations dues à la collision de la galaxies se propagent jusqu'aux échelles des coeurs pré-stellaires, alors la masse des étoiles formée est certainement plus grande que dans une galaxie isolée. Mais ca n'est que spéculatif car nous ne sommes pas en mesure de le démontrer avec les moyens de calculs actuels.
Evidemment, pas de place pour parler de tout ca dans un communiqué de presse !
J'espère avoir un peu clarifier le sujet, qui reste très complexe.
Merci beaucoup de votre intérêt pour notre travail.
Florent Renaud
je suis l'auteur principal de ce travail.
Je tiens a remercier kace pour avoir fournis une revue très complete des processus de régulation de la formation stellaire !
La question du champ magnétique m'a été posée à plusieurs reprise depuis la sortie du communiqué de presse donc je vais y répondre du mieux que je peux.
En effet, comme kace l'a précisé, le champ magnétique peut s'opposer à la gravitation et freiner l'effondrement d'un nuage ou d'un coeur pré-stellaire, ce qui ralentirai la formation des étoiles. Des simulations de nuages de gaz l'ont montré.
Dans notre travail, nous avons ignoré le champ magnétique pour 3 raisons :
(1) le but d'une simulation numérique n'est pas d'inclure tous les phénomènes physiques pour reproduire la réalité le plus fidèlement possible. Autant observer directement la réalité ! Il s'agit plutot de comprendre l'effet de tel ou tel phénomène, et dans ce cas, il est bien plus facile d'en ignorer d'autres, pour faciliter l'interprétations des résultats.
(2) A ma connaissance, du fait de la difficulté de mesurer le champ magnétique en astronomie, personne ne sait comment le parametriser de façon réaliste. Quelles doivent être son intensité, sa direction etc ...? Les simulations de nuages incluants le champ magnétique sont en réalité des séries de simulations dans lesquelles s'ont variés ces paramètres dans le but de trouver des comportements typiques. Il faut donc faire plusieurs simulations. Ce n'est pas possible aux résolutions de nos simulations : nous devons nous contenter d'une unique simulation.
(3) Si le champ magnétique a bien un effet sur la formation stellaire à l'échelle des coeurs pré-stellaires (fraction d'année-lumière), il n'a pas d'effet significatif à l'échelle de notre étude : nous avons quantifié la variation d'efficacité de formation stellaire dans des régions beaucoup plus grandes (environ 100 fois). Dans ce cas, il est acceptable de négliger le champ magnétique.
Peut-être que mon troisième point soulève des questions : comment conclure sur la formation des étoiles si on ne la résoud pas ?
En effet, malgré la très haute résolution de nos simulations, nous ne résolvons pas la formation d'étoiles. On utilise ce qu'on appelle des recettes sous-grille, qui miment la physique supposée des échelles plus petites que notre résolution. Et c'est un gros problème auquel tous les chercheurs du domaine sont confrontés. En faisant ca, on admet négliger les effets des phénomènes à l'intérieur des "boites" de la taille de notre résolution, tout simplement parce qu'on ne sait pas mieux faire.
L'intérêt de notre travail est alors de montré que d'autres phénomènes, qui jouent un role important à plus grande échelle (comme la gravitation et la turbulence), modifient les conditions physiques de ces "boites". Ici, nous montrons que la collision de galaxies augmente la turbulence compressive, et donc la densité du gaz dans les boites. Comme il a été établi qu'il existe des relations entre densité de gaz et formation stellaire, nous pouvons affirmer que la formation stellaire est influencé par ces phénomènes.
Mais nous ne pouvons que spéculer sur la physique sous-grille (dans la "boite"). D'ailleurs, nous le faisons dans le papier scientifique (en anglais) en disant que SI les variations dues à la collision de la galaxies se propagent jusqu'aux échelles des coeurs pré-stellaires, alors la masse des étoiles formée est certainement plus grande que dans une galaxie isolée. Mais ca n'est que spéculatif car nous ne sommes pas en mesure de le démontrer avec les moyens de calculs actuels.
Evidemment, pas de place pour parler de tout ca dans un communiqué de presse !
J'espère avoir un peu clarifier le sujet, qui reste très complexe.
Merci beaucoup de votre intérêt pour notre travail.
Florent Renaud
Re: [News] Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies
Merci bcp pour ces précisions Florent, et merci pour vos remerciements ; -) !
Je viens d'imprimer votre étude (trouvée sur Arxiv, ref 1403.7316) et vais la lire en détails prochainement. En tout cas, l'explication sur votre approche à propos des champs magnétiques est très claire, merci.
Pour info, le principal doc sur lequel j'appuyais les éléments indiqués précédemment était "The Big Problems in Star Formation: the Star Formation Rate, Stellar Clustering, and the Initial Mass Function" (http://arxiv.org/pdf/1402.0867). Je suis très loin de maîtriser le doc et/ou d'en comprendre les calculs, mais il m'a permis d'avoir une compréhension qualitative raisonnable du sujet, ce qui était mon but.
Je lis en effet régulièrement des articles arxiv sur les thèmes astrophysique et cosmologie, et ce sujet de la formation des étoiles est un des (nombreux ...) sujets clés pour mieux comprendre l'Univers. A force de tourner autour du sujet sans bien le comprendre, j'ai voulu approfondir : parmi les nombreux docs disponibles sur le sujet, celui-ci m'a paru à la fois compréhensible, assez détaillé et englobant l'essentiel de la problématique à la fois observationnelle et théorique. De mémoire, il abordait également de manière assez détaillée la problématique des simulations et des inévitables "boîtes" auxquelles vous faites référence.
Je vais donc re-regarder ces élements, votre document et vos précisions, et me permettrait sans doute de vous poser quelques questions sur le sujet dans les jours/semaines à venir ; -)
Et pour conclure, encore un grand merci pour cette étude passionnante.
Je viens d'imprimer votre étude (trouvée sur Arxiv, ref 1403.7316) et vais la lire en détails prochainement. En tout cas, l'explication sur votre approche à propos des champs magnétiques est très claire, merci.
Pour info, le principal doc sur lequel j'appuyais les éléments indiqués précédemment était "The Big Problems in Star Formation: the Star Formation Rate, Stellar Clustering, and the Initial Mass Function" (http://arxiv.org/pdf/1402.0867). Je suis très loin de maîtriser le doc et/ou d'en comprendre les calculs, mais il m'a permis d'avoir une compréhension qualitative raisonnable du sujet, ce qui était mon but.
Je lis en effet régulièrement des articles arxiv sur les thèmes astrophysique et cosmologie, et ce sujet de la formation des étoiles est un des (nombreux ...) sujets clés pour mieux comprendre l'Univers. A force de tourner autour du sujet sans bien le comprendre, j'ai voulu approfondir : parmi les nombreux docs disponibles sur le sujet, celui-ci m'a paru à la fois compréhensible, assez détaillé et englobant l'essentiel de la problématique à la fois observationnelle et théorique. De mémoire, il abordait également de manière assez détaillée la problématique des simulations et des inévitables "boîtes" auxquelles vous faites référence.
Je vais donc re-regarder ces élements, votre document et vos précisions, et me permettrait sans doute de vous poser quelques questions sur le sujet dans les jours/semaines à venir ; -)
Et pour conclure, encore un grand merci pour cette étude passionnante.