En utilisant le très grand réseau de l'observatoire de la radio-astronomie nationale, les astronomes ont révélé pour la première fois l'énorme flux de gaz près d'une étoile massive qui permet sa croissance rapide.
En observant la jeune étoile HW2 au Céphes A, située à 2 300 années-lumière de la Terre, les chercheurs ont résolu la structure et la dynamique d'un matériel d'alimentation disque d'accrétion à cette étoile massive. Cette constatation met en lumière une question centrale en astrophysique: comment les étoiles massives, qui mettent souvent leur vie à leur vie en supernovae, accumulent-elles leur immense masse?
La recherche a été acceptée pour publication dans Astronomie et astrophysique et est disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
Cepheus A est le deuxième site le plus proche de la formation massive d'étoiles de la Terre, ce qui en fait un laboratoire idéal pour étudier ces processus difficiles. L'équipe de recherche a utilisé l'ammoniac (NH3), une molécule couramment trouvée dans les nuages de gaz interstellaires et largement utilisés industriellement sur Terre, comme traceur pour cartographier la dynamique des gaz autour de l'étoile.
Les observations ont révélé un cycle dense de gaz d'ammoniac chaud couvrant des rayons de 200 à 700 unités astronomiques (UA) autour de HW2. Cette structure a été identifiée comme faisant partie d'un disque d'accrétion – une caractéristique clé des théories de la formation des étoiles.
L'étude a révélé que le gaz dans ce disque s'effondre à l'intérieur et la rotation autour de la jeune étoile. Remarquablement, le taux d'infall de matériau sur HW2 a été mesuré à deux millièmes de masse solaire par an – l'un des taux les plus élevés jamais observés pour une étoile massive formant. Ces résultats confirment que les disques d'accrétion peuvent maintenir des taux de transfert de masse aussi extrêmes même lorsque l'étoile centrale a déjà atteint 16 fois la masse de notre soleil.
« Nos observations fournissent une preuve directe que les étoiles massives peuvent se former par une accrétion médiée par le disque jusqu'à des dizaines de masses solaires », a déclaré le Dr Alberto Sanna, auteur principal de l'étude. « La sensibilité radio inégalée du NSF VLA nous a permis de résoudre les fonctionnalités sur les échelles de l'ordre de 100 UA, offrant des informations sans précédent sur ce processus. »
L'équipe a également comparé ses observations avec des simulations de pointe de la formation massive d'étoiles. « Les résultats s'alignent étroitement sur les prédictions théoriques, montrant que le gaz d'ammoniac près de HW2 s'effondre presque à des vitesses de chute libre tout en tournant à des vitesses sous-képlériennes – un équilibre dicté par la gravité et les forces centrifuges », a déclaré le professeur André Oliva, qui a effectué les simulations détaillées.
Fait intéressant, l'étude a découvert des asymétries dans la structure et la turbulence du disque, suggérant que des flux externes de gaz – connus sous le nom de « banderole » – peuvent offrir du matériel frais d'un côté du disque. De tels streamers ont été observés dans d'autres régions de formation d'étoiles et peuvent jouer un rôle crucial dans la reconstitution des disques d'accrétion autour d'étoiles massives.
Cette découverte résout des décennies de débat sur la question de savoir si HW2 et les protostars peuvent former des disques d'accrétion capables de maintenir leur croissance rapide. Il renforce également l'idée que les mécanismes physiques similaires régissent la formation d'étoiles à travers un large éventail de masses stellaires.
« HW2 est connu depuis plus de 40 ans et inspire toujours de nouvelles générations d'astronomes », a déclaré le professeur José María Torrelles, qui a effectué des observations pivots de HW2 à la fin des années 1990. Les résultats ont été rendus possibles par des observations de VLA NSF à haute sensibilité effectuées à des longueurs d'onde de centimètres en 2019. Les chercheurs ont ciblé des transitions spécifiques d'ammoniac qui sont excitées à des températures supérieures à 100 Kelvin, leur permettant de tracer le gaz dense et chaud près de HW2.
« Ces résultats mettent en évidence la puissance de l'interférométrie radio pour sonder les processus cachés derrière la formation des objets les plus influents de notre galaxie », a déclaré le Dr Todd Hunter du NRAO, « et, dans dix ans, la prochaine version améliorée de la VLA permettra d'étudier l'ammonia circon-stellaire à l'échelle de notre système solaire. »
Ce travail fait non seulement progresser notre compréhension de la façon dont les étoiles massives se forment, mais aussi des implications pour des questions plus larges sur l'évolution de la galaxie et l'enrichissement chimique dans l'univers. Des étoiles massives jouent un rôle central de moteurs cosmiques, de vents et d'explosions qui se dirigent qui semesent les galaxies avec des éléments lourds.
