Le nuage d'Orion radiographié comme jamais
Publié par Adrien le 15/03/2017 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
A l'aide du radiotélescope de 30-mètres de l'Institut de radioastronomie Millimétrique (IRAM) dans la Sierra Nevada en Espagne, une équipe scientifique internationale menée par Jérôme Pety, astronome de l'Observatoire de Paris, en poste à l'IRAM, a obtenu les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête...) radio les plus complètes du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect...) Orion B. Dans trois articles scientifiques parus dans la revue Astronomy & Astrophysics du 7 mars 2017, elle montre comment les parties internes les plus denses et les plus froides du nuage donnent naissance aux étoiles.

Connue pour abriter les nébuleuses de la Tête de Cheval (Le cheval (Equus ferus caballus ou equus caballus) est un grand mammifère herbivore et ongulé appartenant à l'une des sept espèces de la famille des équidés. Il a...) et de la Flamme, le nuage d'Orion B est un gigantesque réservoir de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) interstellaire, faite de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...) et de poussières, qui contient environ 70 000 fois la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...).

Les étoiles naissent dans les coeurs denses qui se développent à l'intérieur de ces nuages interstellaires. Les vents violents et les rayons ultra-­violets des étoiles massives jeunes érodent et perturbent le nuage moléculaire (En astronomie, les nuages moléculaires sont des nébuleuses interstellaires qui ont une densité et une taille suffisante pour permettre la formation...) qui leur a donné jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...).

Les magnifiques images prises avec les télescopes optiques montrent l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) et de la matière à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) des nuages.


Image supérieure: le nuage moléculaire géant tel qu'observé à l'aide de trois raies dans le domaine radio.
Image inférieure: observations dans le domaine visible.
© Image supérieure: J. Pety, the ORION-B Collaboration & IRAM / Image inférieure: Sergi Verdugo Martínez

Cependant, les endroits où les futures étoiles peuvent naître, dits coeurs denses, brillent uniquement aux longueurs d'onde radio (Les ondes radioélectriques (dites ondes radio) sont des ondes électromagnétiques dont la fréquence d'onde est par convention[1] comprise entre 9 kHz et 3000 GHz, ce qui correspond à des longueurs d'onde de 33 km à...) millimétrique. Ils sont invisibles aux télescopes optiques.

C'est pourquoi les astronomes utilisent des télescopes de classe mondiale tels que le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi...) de 30-­mètres de l'IRAM.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité...) international ORION-­B a obtenu à l'aide du radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises...) de 30-­?mètres le relevé le plus complet à ce jour dans le domaine radio du nuage d'Orion B.

Une immersion dans l'anatomie interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) du nuage

Jérôme Pety explique: "Nous avons observé la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un objet céleste d’aspect diffus composé de gaz raréfié et/ou de...) bien connue de la Tête de Cheval pendant plus d'une décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.) maintenant. Pourtant, seule l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) récente à l'IRAM 30-­mètres nous a permis de faire des images cent fois plus grandes qu'avant, et cela à de très nombreuses longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) millimétrique en même temps!"

Le télescope de 30-­mètres capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet céleste aboutit à sa satellisation ou...) les signaux provenant de nombreuses molécules de l'espace (monoxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), monosulfite de carbone, cyanures, méthanol, petits hydrocarbures, etc...).


Sur cette figure, le gaz diffus apparaît en bleu, les coeurs denses forment une sous-partie des régions roses et les filaments apparaissent en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un...).
© J. Pety, the ORION-B Collaboration & IRAM

Les images ainsi obtenues montrent des répartitions spatiales très différentes suivant les molécules: en fonction de leur évolution chimique, les molécules sont détectées dans des régions incroyablement différentes du nuage. C'est cette propriété capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs, ou une ville ayant une prééminence dans un domaine social, culturel, économique...) qui permet aux astronomes de caractériser les différentes étapes de la formation des étoiles.

Par exemple, les phases diffuses et turbulentes occupent la plupart du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), au contraire des coeurs denses qui n'en occupent que quelques pourcents. Entre ces deux étapes, la matière est collectée le long de filaments.

Au plus près de la formation des étoiles

Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du projet ORION-­?B éclairent une des questions clés de l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) moderne, à savoir pourquoi les nuages moléculaires forment-­ils si peu d'étoiles ?

En effet, alors que les nuages devraient s'effondrer sous leur propre poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante des...) pour se transformer entièrement en coeur dense, puis en étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.), il n'y a que quelques pourcents du nuage qui se transforment en réalité en étoile.

Quels sont donc les paramètres clés qui régulent le taux de formation des étoiles ?

"Une réponse possible réside dans la nature des mouvements du gaz: à agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types...) turbulente constante, les mouvements de compression déclenchent l'effondrement des coeurs denses en étoiles, alors que les mouvements de rotation offrent une résistance efficace à l'effondrement gravitationnel. C'est ce que nous mettons en évidence quantitativement pour la première fois.", explique Maryvonne Gerin, directrice de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) au Laboratoire d'Étude du Rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en complément de...).

La rencontre du big data et de la radioastronomie millimétrique

Le projet ORION­-B délivre environ 160 000 images, ou encore 1h50 de film à 24 images par secondes !

Il ne fait aucun doute que ce type d'observations radio va se généraliser dans un futur proche. Ainsi, les approches statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la...) pionnières du projet ORION (Le Projet Orion était la première étude de conception d'un véhicule spatial mû par propulsion nucléaire pulsée, idée proposée par Stanislaw Ulam en 1947. Le projet initié...)?B auront délivré les outils nécessaires et l'expérience pour faire parler des jeux de données de plus en plus grands.
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