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Même si les modèles théoriques se sont affinés au cours des dernières années, notamment grâce aux supercalculateurs et aux contraintes posées par les observations de longue durée, le processus à l’origine de la formation des étoiles massives est encore peu connu des astrophysiciens. L’hypothèse majoritaire implique la croissance d’une proto-étoile alimentée par un disque d’accrétion ; et lorsque de grandes quantités de matière sont englouties, cela peut donner lieu à des sursauts d’accrétion. L’observation récente de l’un de ces phénomènes devrait permettre aux chercheurs de mieux comprendre la dynamique de formation et croissance des étoiles massives.

Ces étoiles massives influencent la structure, la forme et le contenu chimique d’une galaxie. Et quand elles ont épuisé leur hydrogène et meurent, cela donne lieu à une supernova. Cette explosion est parfois si forte qu’elle déclenche la formation de nouvelles étoiles à partir de matériaux éjectés dans les environs de l’étoile morte.

Mais il y a une lacune importante dans nos connaissances : les astronomes ne comprennent pas encore complètement comment ces étoiles massives elles-mêmes sont initialement formées. Jusqu’à présent, les observations n’ont donné que quelques pièces du puzzle. En effet, presque toutes les étoiles massives connues de notre galaxie sont situées très loin de notre Système solaire. Elles se forment également à proximité d’autres étoiles massives, ce qui rend difficile l’étude de l’environnement où elles prennent forme.

Des sursauts d’accrétion au sein des étoiles massives en formation

Une théorie, cependant, est qu’un disque rotatif de gaz et de poussière alimente l’étoile en croissance. Les astronomes ont récemment découvert que l’ajout de matière dans une étoile en formation se produit à des rythmes différents dans le temps. Parfois, l’étoile en formation engloutit une énorme quantité de matière, entraînant une explosion d’activités dans l’étoile massive. C’est ce qu’on appelle un sursaut d’accrétion. C’est un événement rare : seuls trois de ce type ont été observés, sur les milliards d’étoiles massives de la Voie lactée.

sursaut radio

Images avant et pendant le sursaut d’accrétion de l’événement S255IR NIRS 3 (premier sursaut d’accrétion détecté en 2016). Crédits : A. Caratti o Garatti et al. 2017

Après la première détection d’un sursaut d’accrétion, en 2016, des astronomes du monde entier ont convenu en 2017 de coordonner leurs efforts pour en observer davantage. Les sursauts signalées doivent être validés et suivis par plus d’observations, ce qui nécessite un effort mondial conjoint — qui a conduit à la formation de la Maser Monitoring Organisation (M2O).

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Un maser est l’équivalent micro-ondes (radiofréquence) du laser. Le mot signifie amplification micro-ondes par émission stimulée de rayonnement. Les masers sont observés à l’aide de radiotélescopes et la plupart d’entre eux sont observés à une longueur d’onde centimétrique : ils sont très compacts.

Des masers pour traquer les sursauts d’accrétion

L’éruption d’un maser peut être le signe d’un événement important tel que la formation d’une étoile. Depuis 2017, des radiotélescopes au Japon, en Pologne, en Italie, en Chine, en Russie, en Australie, en Nouvelle-Zélande et en Afrique du Sud (HartRAO, dans la province de Gauteng du pays) travaillent ensemble pour détecter une éruption provoquée par le sursaut provenant de la matière alimentant une étoile massive en formation.

maser protoetoile

Illustration du mécanisme par lequel la vague de chaleur qui se propage stimule l’activité du maser dans le matériau entourant la protoétoile. L’onde augmente localement la température du gaz pendant une courte période. Dans cette région, le rayonnement caractéristique des masers au méthanol est émis. À mesure que l’onde se propage, les positions de l’émission du maser changent. Crédits : R. A. Burns/MPIA

En janvier 2019, des astronomes de l’Université Ibaraki au Japon ont remarqué qu’une telle protoétoile massive, G358-MM1, montrait des signes de nouvelle activité. Les masers associés à l’objet ont considérablement brillé sur une courte période de temps. La théorie est que les masers brillent lorsqu’ils sont excités par un sursaut d’accrétion.

Sur le même sujet : Une étoile géante a dévoré son compagnon et provoqué l’une des plus brillantes supernovas de tous les temps

Plusieurs types de sursauts d’accrétion ?

Des observations de suivi avec l’Australian Long Baseline Array ont révélé quelque chose que les astrophysiciens ont observé pour la première fois — une vague de chaleur venant de la source et voyageant à travers les environs de l’étoile massive en formation. Ces vagues de chaleur peuvent durer environ deux semaines à quelques mois.

Des vagues comme celle-ci n’ont pas été observées lors des deux sursauts d’accrétion précédents dans des étoiles massives. Cela peut impliquer qu’il s’agit d’un autre type de sursaut d’accrétion. Il peut même y avoir une myriade de types de sursauts d’accrétion — toute une gamme de types différents qui agissent de différentes manières et qui peuvent dépendre de la masse ainsi que du stade évolutif de la jeune étoile. Bien que l’activité du sursaut se soit calmée, les masers sont encore beaucoup plus brillants qu’ils ne l’étaient avant le sursaut.

Sources : Nature Astronomy

sursaut accretion

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