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La naissance chaotique des naines brunes révélée

SciTechDaily

De nouvelles observations révèlent que les naines brunes peuvent se former selon des processus dynamiques similaires à ceux des étoiles plus grandes, caractérisés par des collisions et des influences magnétiques à leurs premiers stades de développement. (Concept de l'artiste.) Crédit : Issues.fr.com

De nouvelles observations permettent de déterminer si la naissance des planètes géantes suit un cours similaire à celui des étoiles.

La naissance des étoiles est un processus chaotique et dynamique, en particulier dans la phase précoce, caractérisée par des structures gazeuses complexes sous forme de spirales et de banderoles. De telles structures sont appelées « filaments d’alimentation » car elles alimentent la matière gazeuse de l’environnement jusqu’à l’étoile nouvellement née, à la manière de cordons ombilicaux cosmiques.

Cordon ombilical cosmique

Les naines brunes sont des objets célestes dont la masse est inférieure au dixième de la masse du Soleil. Cela les rend trop petits pour subir une fusion nucléaire et briller comme des étoiles. Jusqu’à présent, les scientifiques ne savaient pas si les naines brunes se formaient ou non comme des étoiles semblables au soleil. Un test de cette hypothèse nécessite des observations à haute sensibilité et à haute résolution angulaire des naines brunes au cours de leurs premiers stades de formation. C'est exactement ce qu'une équipe internationale dirigée par le Dr Basmah Riaz, astrophysicien au LMU, de l'Observatoire universitaire de Munich, a accompli cet objectif : les chercheurs ont observé la très jeune naine brune, Ser-emb 16, à l'aide du système hautement sophistiqué ALMA observatoire au Chili et ont récemment publié leurs résultats dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Naine brune Ser-emb ALMA

Observations ALMA de la spirale (à gauche) et de la queue (à droite) vers la très jeune naine brune Ser-emb 16. Crédit : Basmah Riaz

« Nos observations ont révélé des structures spectaculaires en spirale et en banderoles à grande échelle qui n'ont jamais été vues auparavant chez une naine brune nouvellement née », explique Riaz. Les filaments couvrent une vaste zone d'environ 2 000 à 3 000 unités astronomiques et sont connectés à Ser-emb 16. Des amas de matière ont également été observés autour de lui, qui pourraient eux-mêmes évoluer vers de jeunes naines brunes. « Ces observations montrent, pour la première fois, l'influence de l'environnement extérieur, qui se traduit par une accrétion de masse asymétrique via l'alimentation de filaments sur une naine brune en devenir », explique l'astronome.

Amas effondrés ou noyaux magnétiques ?

Les structures en spirale et les banderoles fournissent des indices importants sur la formation des naines brunes. Après avoir simulé des scénarios possibles, les chercheurs les ont comparés aux données de l'observatoire ALMA. Les grandes structures pourraient s’expliquer, par exemple, par des collisions d’amas qui s’effondrent au sein d’une région de formation d’étoiles. Pour que cela se produise, de telles collisions devraient se produire au moins une fois au cours de la durée de vie des noyaux de formation d’étoiles. « Nous avons montré grâce à de nouvelles simulations numériques que les collisions déclenchent l’effondrement même de petits amas pour former des naines brunes. Des spirales et des banderoles de différentes tailles et morphologies se forment en raison de collisions latérales et non frontales », explique le co-auteur, le Dr Dimitris Stamatellos de l'Université de Central Lancashire en Angleterre. Si ce modèle est correct, il implique un processus dynamique de formation de naines brunes, similaire à celui des étoiles semblables au Soleil, où les interactions chaotiques dans un environnement de formation d'étoiles sont courantes dès le plus jeune âge.

Dans un autre scénario, les simulations ont montré que les structures observées correspondent au grand (pseudo) disque autour d'une très jeune naine brune, où le (pseudo) disque a été tordu par la rotation du noyau de la naine brune en présence d'un champ magnétique puissant. Si ce modèle est correct, cela signifie que le champ magnétique joue un rôle important dans le processus de formation des naines brunes.

« Nos observations ALMA fournissent un aperçu unique des premiers stades de formation des naines brunes », explique Riaz. Une comparaison des observations avec les modèles soutient un scénario de chute gravitationnelle qui peut expliquer l'accrétion de masse asymétrique observée sous la forme de spirales et de banderoles, comme celle observée autour des étoiles en formation. « Par conséquent, Ser-emb 16 constitue un cas unique de naine brune prise en train de se former à la manière d'une étoile », explique le professeur Masahiro Machida de l'université de Kyushu au Japon, également co-auteur de l'étude.

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