En 2019, des astronomes découvraient une proto étoile grâce à des émissions dans le domaine des micro-ondes, provenant de son disque d’accrétion. Quatre ans plus tard, la même équipe est parvenue à définir les motifs de ce disque : des bras en spirale s’y sont formés !
Quatre ans plus tôt, d’étranges émissions masers étaient détectées, provenant d’une protoétoile à 22 000 années-lumière. Correspondant à un rayonnement provoqué par de l’émission stimulée comme pour les lasers, ces masers se situent dans le domaine des micro-ondes, et ils témoignent d’événements astrophysiques particuliers. Cette fois, l’origine a été identifiée grâce à la longueur d’onde de l’émission maser correspondant à la molécule d’éthanol, qui est caractéristique des régions de formation d’étoiles.
De telles émissions sont rares, car les nuages moléculaires entourant les étoiles naissantes absorbent la plupart des rayons lumineux, et empêchent l’observation du processus. Ainsi, les astronomes ont pu caractériser la protoétoile en 2020, puis se repencher dessus jusqu’à aujourd’hui, alors qu’une nouvelle étude vient de sortir dans Nature Astronomy. Une équipe internationale de chercheurs y démontre une découverte inattendue, basée sur des observations réalisées avec 25 radiotélescopes dans 10 pays : le disque d’accrétion de l’étoile a la forme de quatre bras en spirale !
Des bras en spirale s’étendent jusqu’à 900 ua de l’étoile
Dénommée G358.93-0.03-MM1, la protoétoile a déjà atteint huit masses solaires, et n’a pas encore terminé sa phase d’accrétion de matière. C’est d’ailleurs ce qui explique les émissions masers, souligne l’étude. En effet, dans le cas de masses élevées, il se produit de très courtes et intenses poussées de croissance, appelés sursauts d’accrétion. Un processus très énergétique, qui peut conduire ensuite à des impulsions thermiques, qui excitent des masers.
C’est en voulant cartographier ces vagues de chaleur que les chercheurs ont identifié une structure en spirale : quatre bras qui s’étendent entre 50 ua et 900 ua (une unité astronomique équivaut à une distance Terre-Soleil, ou 150 millions de kilomètres). Selon les chercheurs, ils seraient dus à des instabilités gravitationnelles, elles-mêmes causées par la masse élevée de la protoétoile. Elles peuvent provoquer la fragmentation du disque d’accrétion et la formation de bras en spirale. « Nous avons toujours supposé que les bras spiraux étaient là, mais il n’y a jamais eu d’approche observationnelle capable de les révéler, jusqu’à présent », explique R.A. Burns dans un article pour Physics World, premier auteur de l’étude.
On en sait plus sur la formation des étoiles massives
D’après les chercheurs, ces bras en spirale pourraient aussi expliquer certains mystères non résolus autour de la formation d’étoiles massives : celles-ci représentent moins de 1 % des étoiles, alors que les plus courantes sont les naines rouges, avec moins d’une masse solaire. Mais sans que l’on sache pourquoi. « Il y a eu une école de pensée selon laquelle la formation d’étoiles de masse élevée doit être totalement différente de celle des étoiles de faible masse, déclare R.A. Burns. Mais ce que nous constatons généralement au fil du temps, c’est qu’il n’y a pas beaucoup de différence. »
« La principale différence est que les étoiles de masse élevée produisent beaucoup plus de rayonnement, elles sont beaucoup plus chaudes, donc elles poussent généralement contre l’accrétion », continue-t-il. En effet, la pression de rayonnement au sein de l’étoile pourrait dépasser les forces d’accrétion, et bloquer le processus d’accumulation de matière. Mais la protoétoile avec des bras en spirale prouve ainsi que le phénomène reste possible !
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