Bâtir les nouveaux mondes:
la recette secrète de la Nature

Vue infrarouge d'une pouponière stellaire dans la constellation d'Ophiuchus © ESO
Vue d'artiste des principales phases de la formation d'une étoile © Addison Wesley
Vue d'artiste d'une bébé-étoile tissant des liens magnétiques avec son disque d'accrétion © Chandra

Comment les étoiles comme le Soleil se forment-elles? Comment les systèmes planétaires naissent-ils? Pour répondre à ces questions, les astrophysiciens doivent découvrir la recette que la Nature emploie pour transformer de vastes nuages cosmiques de gaz en disques d'accrétion, puis en étoiles et en planètes. Il semblerait que, parmi les ingédients majeurs, le champ magnétique figure en bonne place. Une équipe internationale d'astrophysiciens [1] vient juste de réussir à cartographier les arches et les tubes que le champ magnétique tisse entre les bébés-étoiles et leur disque d'accrétion. Ces observations devraient permettre de préciser comment les étoiles interagissent avec leur disque d'accrétion pour former leur propre système planétaire. Ces résultats sont publiés dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Comment les étoiles naissent-elles? Cette question nous plonge au coeur du problème des origines: les origines des étoiles et des planètes, les origines de la vie dans l'univers. Nous savons que le Soleil possède une planète où la vie s'est développée, la Terre; mais nous savons aussi que d'autres étoiles ont également ce potentiel. Les étoiles se forment au sein des gigantesques usines cosmiques que sont les nuages moléculaires; ces immenses masses gazeuses, composées principalement d'hydrogène et d'hélium, abritent aussi des molécules organiques complexes et des grains de poussière congelés. C'est dans cet environnement que naissent les étoiles, le plus souvent par grappes de plusieurs centaines, voire de plusieurs milliers.

Une équipe internationale d'astrophysiciens [1] conduite par JF Donati (du CNRS/Observatoire Midi-Pyrenees à Toulouse, France) vient d'observer une des pouponières stellaires les plus proches du Soleil pour tenter de mieux comprendre comment les étoiles comme le Soleil se forment. Située dans la constellation d'Ophiuchus, la bébé-étoile qu'ils ont examinée s'appelle V2129 Ophiuchi. Bien que presque aussi chaude que le Soleil et environ 2.5 fois plus grosse que lui (n'ayant pas encore achevé sa contraction), elle est pourtant environ un million de fois trop peu lumineuse pour être visible à l'oeil nu, du fait de sa distance à la Terre de 420 années-lumière. Elle n'est agée que de 2 millions d'années; à l'échelle de la vie humaine, c'est une bébé-étoile d'à peine quelques jours, qui doit encore passer une année entière à se contracter pour devenir une étoile adulte comme le Soleil, accompagnée de son cortège de planètes.
Les étoiles comme V2129 Oph prennent vie lorsqu'une portion du nuage moléculaire parent s'effondre sous son propre poids. Dans ce processus, le globule en effondrement se met à tourner sur lui-même de plus en plus vite - à la manière d'un patineur sur glace qui rapproche les bras de son corps; il se change alors progressivement en un disque applati, que l'on nomme disque d'accrétion, et dont le coeur donne naissance à la nouvelle étoile tandis que le disque qui l'entoure engendre les planètes. Cette recette de fabrication d'étoiles, proposée à l'origine par Laplace quelques années après la révolution Française, n'est que très approximative; elle prédit en particulier que les étoiles très jeunes doivent tourner très vite sur elles-même, une propriété qui n'est pas confirmée par les observations. Il est donc clair qu'il nous manque certains des ingrédients élémentaires de cette recette.

L'ingrédient manquant est probablement le champ magnétique. Même s'ils sont présents sur le Soleil et déclenchent des phénomènes impressionnants comme la couronne solaire, les champs magnétiques n'affectent que peu la vie des étoiles adultes. Dans les régions de formation d'étoiles en revanche, les champs magnétiques sont probablement beaucoup plus puissants. Grâce à leurs toiles invisibles traversant les nuages protostellaires, les champs magnétiques parviennent à controler la dynamique des disques d'accrétion, et à produire de très long jets de matière en redirigeant vers le milieu interstellaire une fraction de la matière du disque.
Les champs magnétiques parviennent également à évacuer les régions centrales des disques d'accrétion (en contact direct avec l'étoile), ainsi qu'à guider la matière du bord interne du disque jusqu'à la surface de la jeune étoile au moyen de 'tubes magnétiques' (comme de la lumière dans des fibres optiques). Les détails physiques de cette opération sont essentiels pour comprendre et prédire le destin d'une étoile comme le Soleil et de son cortège de planètes. C'est en mesurant la polarisation que les champs magnétiques engendrent dans la lumière de V2129 Oph que JF Donati et ses collaborateurs ont pu cartographier pour la première fois les gigantesques arches magnétiques qui relient la jeune étoile à son disque d'accrétion. Grâce à leur travail, les théoriciens devraient pouvoir développer de nouveaux modèles plus précis de la formation des étoiles et des planètes.

Cette découverte a été obtenue grâce à ESPaDOnS [2], le spectropolarimètre de nouvelle génération récemment installé sur le Télescope Canada-France-Hawaii de 3.6m [3] au sommet du Mauna-Kea, un volcan éteint de 4200m d'altitude sur la grande île de l'archipel d'Hawaii au milieu de l'océan Pacifique. Grâce à sa sensibilité exceptionnelle, ESPaDOnS est capable de détecter les minuscules signaux polarisés que les champs magnétiques engendrent dans la lumière des lointaines étoiles.


Contacts de presse:
Jean-François Donati, Laboratoire d'Astrophysique de Toulouse-Tarbes, Observatoire Midi-Pyrénées, CNRS/Université Paul-Sabatier, 14 avenue E. Belin, 31400 Toulouse, France. Tel: +33 561332917, Fax: +33 561332840,email: donati[AT]ast.obs-mip.fr.
Moira Jardine, School of Physics and Astronomy, University of StAndrews, St Andrews, Fife SCOTLAND KY16 9SS, UK, Tel: +44 (1334) 463146, email: Moira.Jardine[AT]st-and.ac.uk
Jérome Bouvier, Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble, Observatoire de Grenoble, CNRS/Université Joseph Fourier, 31 rue de la Piscine, 38041 Grenoble, France, Tel: +33 476514790, email: Jerome.Bouvier[AT]obs.ujf-grenoble.fr
Liens additionnels:
communiqué CNRS/INSU
[1] L'équipe inclus JF Donati (Observatoire Midi-Pyrenees/LATT, CNRS/UPS, France), MM Jardine (University of StAndrews, UK), SG Gregory (University of StAndrews, UK), P Petit (Observatoire Midi-Pyrenees/LATT, CNRS/UPS, France), J Bouvier (Observatoire de Grenoble/LAOG, CNRS/UJF, France), C Dougados (Observatoire de Grenoble/LAOG, CNRS/UJF, France), F Ménard (Observatoire de Grenoble/LAOG, CNRS/UJF, France), AC Cameron (University of StAndrews, UK), TJ Harries (University of Exeter, UK), SV Jeffers (University of Utrecht, NL) et F Paletou (Observatoire Midi-Pyrenees/LATT, CNRS/UPS, France).
[2] ESPaDOnS a été financé par la France (CNRS/INSU, Ministère de la Recherche, LATT, Observatoire Midi-Pyrénées, Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique, Observatoire de Paris-Meudon), le Canada (NSERC), le CFHT et l'ESA (ESTEC/RSSD). La première lumière d'ESPaDOnS au TCFH a été obtenue le 2 Sept 2004.
[3] Le fonctionnement du TCFH est financé par le Canada (NSERC), la France (CNRS/INSU) et l'Université d'Hawaii.