mardi 28 octobre 2014

La Naissance des Etoiles Mieux Comprise

Une étoile naît au sein d’un nuage de gaz et de poussières dont elle va se composer. C’est aussi ce nuage de gaz et de poussières qui donnera naissance à tous les petits corps (solides ou gazeux) qui se retrouveront en orbite autour de la jeune étoile.



L’accumulation de matière qui va provoquer l’allumage de réactions de fusion nucléaire signant officiellement  la naissance de l’étoile a lieu par attraction gravitationnelle. Une fois cette petite masse devenue étoile, elle va continuer à absorber de la matière de son cocon gazeux pour grossir jusqu’à atteindre sa taille définitive, en formant autour d’elle un disque d’accrétion. Et ce processus de grossissement est extrêmement efficace, tellement efficace même qu’on ne comprend pas pourquoi. Depuis quelques années des astrophysiciens théoriciens ont émis l’idée que ce processus d’accrétion de matière par des étoiles jeunes pouvait être induit et accéléré par l’action de champs magnétiques. Mais malheureusement, jusqu’à aujourd’hui aucune observation directe de la présence de champs magnétiques au sein de disques d’accrétion d’étoiles jeunes n’avait pu être effectuée.

Disques de gaz et de poussières (en sombre) entourant des étoiles naissantes dans la nébuleuse d'Orion.
La poussière dans les disques, entourés par du gaz chaud de la nébuleuse les fait apparaître sombres dans le visible.
(Mark McCughrean (Max-Planck–Inst. Astron.); C. Robert O'Dell (Rice Univ.); NASA)
Vous l’aurez deviné, c’est désormais chose faite. Dans une étude parue en ligne il y a quelques jours dans la revue Nature, une équipe internationale animée par l’astronome Ian Stephens de l’Institute for Astrophysical Research à l’Université de Boston, montre comment ils sont parvenus à détecter des champs magnétiques dans de tels disques d’accrétion.

Le champ magnétique va agir presque exactement comme le ferait le phénomène de viscosité au sein du disque de matière, par un effet appelé l’instabilité rotationnelle magnétique. Si la matière dans le disque est confinée par des champs magnétiques, alors différentes régions du disque pourront être connectées entre elles par le biais du champ magnétique : des particules chargées (des ions) qui sont en rotation dans le disque à une certaine distance de l’étoile vont produire un champ magnétique, qui agira immédiatement sur toute particule chargée et donc sur le mouvement d’autres particules situées à une autre distance dans le disque, qui elles-mêmes produisent un champ magnétique par leur mouvement, qui se trouvera donc modifié indirectement par le mouvement des premières particules…
Un ion proche de l’étoile devrait se mouvoir plus vite sur son orbite qu’un ion plus éloigné, mais par cet effet d’instabilité rotationnelle magnétique, cet ion proche ralentira et inversement l’ion éloigné accélèrera, comme ce qui se passerait dans un milieu à forte viscosité, mais avec une efficacité bien meilleure.

Le réseau de radiotélescopes CARMA (CalTech, Berkeley University)
Pour mettre en évidence la présence de champs magnétiques, Stephens et ses collègues ont étudié la polarisation de la lumière qu’ils ont observée grâce au réseau de radiotélescopes californien Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA). 
Le fait que la lumière provenant des grains de poussière présents dans les disques protoplanétaires peut se trouver polarisée par un champ magnétique vient du fait que ces grains sont le plus souvent non pas sphériques mais de forme oblongue et tournent sur eux-mêmes. Et comme ils ont de plus une charge électrique non-nulle, ils alignent alors leur grand-axe orthogonalement aux lignes de champ magnétique. La conséquence en est une polarisation de leur émission de lumière. 
Si tous les grains de poussière dans un disque d’accrétion avaient un alignement aléatoire les uns par rapport aux autres, on ne percevrait aucune polarisation dans leur émission totale, mais si la grande majorité d’entre eux sont alignés par la présence d’un champ magnétique, alors l’émission moyenne apparaît polarisée. Et c’est ce qu’ont observé Stephens et al. en scrutant la jeune étoile HL Tau. Les auteurs sont même parvenus à cartographier le disque d’accrétion de HL Tau en mesurant la polarisation dans différentes zones de ce disque.

Ce résultat est très intéressant car il permet d’avancer sur cette question épineuse du moteur des disques d’accrétion. Mais, comme tout beau résultat qui se respecte, il soulève aussi des questions : les modèles théoriques indiquent que les lignes de champs magnétiques devraient s’enrouler autour de l’étoile en suivant le mouvement de la matière formant le disque d’accrétion, or, Stephens et al. trouvent dans HL tau des champs magnétiques qui semblent tous pointer vers la même direction… Aucune réponse n’a pu être apportée pour expliquer cette observation.

De nouvelles investigations seront encore nécessaires sur ce champ de recherches, certes mieux compris, mais qui reste encore incomplet. L’utilisation du grand réseau de radiotélescopes ALMA devrait être très utile dans cette quête dans les années qui viennent.


Référence :

Spatially resolved magnetic field structure in the disk of a T Tauri star
I.Stephens et al.

Nature, Published online 22 October 2014