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Les disques d'accrétion : les "freins stellaires" des jeunes étoiles

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Les jeunes étoiles qui naissent de la contraction d'un nuage de gaz et de poussière sont très énergétiques et tournent de plus en plus vite sur elles-mêmes. Si rien ne les freinait, elles continueraient encore et encore à accélérer, et ne pourraient probablement jamais achever leur développement.

Le télescope spatial Spitzer a mené l'enquête et apporté des premiers éléments de preuve (Crédits : NASA)

Dans la réalité, on observe qu'un phénomène physique empêche la rotation des étoiles de s'emballer et semble fixer une vitesse limite. Longtemps inconnue, la nature de ce « frein stellaire » semble être le disque d'accrétion qui les environne, et dans lequel naissent les planètes. Cette hypothèse est longtemps restée au stade de théorie, mais les nouvelles observations de Spitzer semblent enfin la confirmer.

Un disque d'accrétion freinant la course d'une jeune étoile Les champs magnétiques sont représentés par des courbes vertes (Crédits : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC))

Ces étoiles qui donnent le tournis

Comme un patineur croisant les bras sur son torse et tournant sur lui-même accélère encore et encore, les jeunes étoiles qui se contractent voient leur spin augmenter sans cesse. Ainsi, alors que notre Soleil décrit une révolution en 28 jours, certaines d'entre elles n'ont besoin que d'une demi-journée, voire moins, pour accomplir cette manœuvre.

Si rien ne les arrêtait, les jeunes étoiles n'auraient nulle raison de mettre un terme à leur accélération. Pourtant, dans les faits, elles calment le jeu. Les facteurs qui entrent en ligne de compte dans cette régulation de la vitesse sont le vent stellaire, la présence de planètes, mais également le disque d'accrétion qui les entoure. Avant que le télescope spatial Spitzer ne mène l'enquête, les astronomes s'étaient déjà penchés sur le rôle de « frein stellaire » joué par ces disques de gaz et de poussière. En théorie, lorsqu'une jeune étoile tourne, son champ magnétique s'empêtre dans le disque et, comme une cuillère que l'on ferait tourner dans une assiette emplie d'un liquide visqueux, verrouille sa rotation et l'empêche d'accélérer de plus en plus. Dans une vidéo, la NASA illustre ce processus par un patineur tournant sur lui-même, les bras tendus, dont les mains viendraient toucher celles d'observateurs se tenant autour de lui.

Comme les mains d'une patineuse en rotation rencontrant successivement celles des personnes qui l'entourent, les champs magnétiques des étoiles sont freinés en passant dans le disque d'accrétion (Crédits : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC))

Spitzer mène l'enquête

Sur le papier, les scientifiques étaient donc parvenus à expliquer la régulation de la vélocité de rotation des jeunes étoiles, mais il a fallu attendre que Spitzer étudie 500 étoiles situées dans la nébuleuse d'Orionpour qu'ils obtiennent une première validation de leur théorie. A l'aide du télescope spatial infrarouge, l'équipe du Spitzer Science Center menée par Luisa Rebull a distingué les corps stellaires qui tournaient lentement de ceux qui pivotaient rapidement, avant de constater que les premiers présentaient cinq fois plus souvent un disque d'accrétion que les seconds. « A présent, nous pouvons dire que, au moins dans une région de l'espace, les disques jouent un rôle dans le ralentissement des étoiles », explique Luisa Rebull.

Cet élément de réponse soulève une nouvelle question : les étoiles qui hébergent des planètes tournent-elles nécessairement moins vite que leurs consoeurs solitaires ? Pas nécessairement, ajoute Rebull. Cela signifie simplement que les planètes qui tournoient lentement mettent plus de temps que les autres à voir naître des planètes.

Derrière cette étude se cache une interrogation d'un autre ordre : le taux de rotation des étoiles est-il directement lié à leur faculté de faire émerger des planètes ? Pour percer ce mystère, il faudra attendre que la technologie permette aux chasseurs de planètes extrasolaires de partir à la recherche de corps célestes en orbite autour d'étoiles rapides.