Communiqué de presse

Un bretzel cosmique

Des étoiles jumelles naissent au sein d’un entrelacs de gaz et de poussière

4 octobre 2019

Grâce à ALMA, des astronomes ont obtenu une image très haute résolution de deux disques au sein desquels se forment de jeunes étoiles, alimentées par un entrelacs de filaments de gaz et de poussière semblable à un bretzel. L’observation de ce singulier processus offre un nouvel éclairage sur les toutes premières phases de l’évolution stellaire et apporte aux astronomes de nouvelles contraintes sur les conditions de formation des systèmes binaires.

Les deux jeunes étoiles en formation ont été découvertes au sein du système [BHB2007] 11 – le plus jeune membre d’un petit amas stellaire de la nébuleuse sombre Barnard 59, qui fait partie des nuages de poussière interstellaire composant la Nébuleuse de la Pipe. Des observations antérieures de ce système binaire en avaient dévoilé la structure externe. A présent, sa structure interne nous apparaît, grâce aux clichés finement résolus acquis par une équipe internationale d’astronomes conduite par des chercheurs de l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (MPE), au moyen d’ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

“Deux sources compactes apparaissent sur l’image. Nous les assimilons à des disques circumstellaires entourant les deux jeunes étoiles”, précise Felipe Alves du MPE, auteur principal de l’étude. Un disque circumstellaire est un anneau de poussière et de gaz qui encercle une jeune étoile. Pour croître, l’étoile accrète la matière de l’anneau. “La taille de chacun de ces disques est semblable à celle de la ceinture d’astéroïdes de notre Système Solaire, et la distance les séparant avoisine 28 fois la distance Terre – Soleil”, ajoute Felipe Alvès.

Les deux disques circumpolaires sont entourés d’un disque de dimensions supérieures. La masse totale de l’ensemble équivaut à quelque 80 masses jupitériennes. Le tout ressemble à un réseau complexe de structures de poussière distribuées le long de spirales – les boucles de Bretzel. “Ce résultat est particulièrement important” précise Paola Caselli, directrice générale du MPE, responsable du Centre d’Etudes Astrochimiques et co-auteur de l’étude.“ Nous sommes finalement parvenus à imager la structure complexe d’un jeune système binaire – en particulier les filaments nourriciers qui relient chaque étoile au disque au sein duquel elles sont nées. Ce résultat offre d’importantes contraintes aux modèles actuels de formation stellaire.”

Les jeunes étoiles accrètent la matière du disque de dimensions supérieures en deux étapes. La première étape consiste à transférer de la masse à chacun des disques circumstellaires au travers de belles boucles tournoyantes – ce que montre la nouvelle image prise par ALMA. L’analyse des données révèle par ailleurs que le disque circumstellaire le moins massif mais le plus brillant – celui figurant dans la partie inférieure de l’image – accrète davantage de matière. Dans un second temps, chaque étoile accrète la matière depuis son disque circumstellaire. “Nous pensons que ce processus d’accrétion en deux phases contribue à la dynamique du système binaire lors de la phase d’accrétion de matière”, ajoute Felipe Alves. “Ces observations sont en bon accord avec la théorie, ce qui est prometteur. Toutefois, il nous faudra étudier un plus grand nombre de jeunes systèmes binaires dans le détail afin de mieux comprendre le processus de formation des étoiles multiples.”

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Cette étude a fait l’objet d’une publication au sein de l’édition du 3 octobre 2019 de la revue Science.

L’équipe se compose de F. O. Alves (Centre d’Etudes Astrochimiques, Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterreste, Garching, Allemagne), P. Caselli (Centre d’Etudes Astrochimiques, Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterreste, Garching, Allemagne), J. M. Girart (Institut des Sciences de l’Espai, Conseil Supérieur de Recherches Scientifiques, Espagne et Institut d’Etudes Spatiales de Catalogne, Espagne), D. Segura-Cox (Centre d’Etudes Astrochimiques, Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterreste, Garching, Allemagne), G. A. P. Franco (Département de Physique, Institut des Sciences Exactes, Université Fédérale de Minas Gerais, Brésil), A. Schmiedeke (Centre d’Etudes Astrochimiques, Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterreste, Garching, Allemagne) et B. Zhao (Centre d’Etudes Astrochimiques, Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterreste, Garching, Allemagne).

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un instrument astronomique de dimension internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, la U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, par la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), par le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et par le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA. 

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 16 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l’Irlande, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est l'un des plus grands télescopes conçus exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

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