Les étoiles massives sont rares mais elles sont à l'origine des éléments lourds et leur souffle influence la naissance des autres étoiles. Les observations du radiotélescope Alma viennent de suggérer pour la première fois que les étoiles massives se formaient comme des étoiles légères.

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    La majorité des étoiles dans la Voie lactée sont des naines rouges, elles sont souvent en couple et chacune est peu massive, pesant moins que notre Soleil. Lorsque l'on veut parler d'étoiles massives, il s'agit en général d'étoiles contenant au moins huit masses solaires. Ces étoiles ont une courte duréedurée de vie car leurs masses leur permettent d'utiliser à plein des cycles de réactions de fusionfusion thermonucléaire avec, en tout premier lieu, le fameux cycle CNOcycle CNO du carbonecarbone de Bethe-Weizsäcker. Elles ne deviendront jamais des naines blanchesnaines blanches mais finiront par exploser en supernovaesupernovae, donnant des étoiles à neutronsétoiles à neutrons, et si elles sont particulièrement massives, des trous noirstrous noirs, et ce, en moins de quelques centaines de millions d'années.

    Bien que rares, ces étoiles ont un rôle essentiel dans l'évolution chimique des galaxiesgalaxies et donc aussi dans les conditions permettant l'apparition de la vie comme l'explique l'astrophysicienne Yaël Nazé dans la vidéo ci-dessous. En effet, elles sont au cœur de la nucléosynthèsenucléosynthèse stellaire des éléments du carbone jusqu'au ferfer que l'on retrouve dans nos cellules. Elles sont aussi très lumineuses, ce qui signifie que le souffle de leur rayonnement va influencer les conditions d'effondrementeffondrement des nuagesnuages moléculaires et poussiéreux qui vont donner lieu à la naissance de nouvelles étoiles.


    Elles sont rares mais gigantesques ! Les étoiles massives, ultra chaudes et brillantes, sont de véritables forges chimiques. Comment fonctionnent ces maîtres de l'univers où naissent les éléments chimiques qui nous entourent ? Les explications de Yaël Nazé, astrophysicienne à l'Institut d'astrophysique de Liège. Réalisation et copyright Espace des sciences

    Une protoétoile de 10 fois la masse du Soleil

    Les astrophysiciensastrophysiciens se sont donc donné comme mission l'étude de la formation des étoiles massives depuis un certain temps déjà et aujourd'hui, ils se sont dotés d'un nouvel instrument qui leur donne de nouveaux éléments de réponses, en l'occurrence l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Une équipe de chercheurs japonais s'est ainsi penchée sur la source du nom de G353.273+0.641 (en abrégé G353) située dans la constellation du Scorpionconstellation du Scorpion à environ 5.500 années-lumièreannées-lumière du Système solaireSystème solaire.

    Ce n'est pas encore une étoile massive sur la séquence principaleséquence principale mais bien une protoétoileprotoétoile entourée d'un disque d'accrétiondisque d'accrétion et d'une enveloppe stellaire alimentant encore ce disque et la croissance de la protoétoile dans laquelle les réactions de fusion -- et a fortiori CNO -- n'ont pas encore vraiment commencé. Elle tire donc son énergieénergie lumineuse du processus de contraction gravitationnelle théorisé au XIXe siècle par KelvinKelvin et Helmoltz.

    Les observations permettent de conclure que la protoétoile G353 contient déjà 10 masses solaires et que sa croissance se poursuit. Par chance, c'est la première fois que l'on voit perpendiculairement le plan du disque entourant une protoétoile massive avec Alma ; de jeunes étoiles légères, encore entourées d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire ont déjà été étudiées avec cet instrument, ainsi que des étoiles massives, mais elles étaient vues presque dans le plan du disque les entourant encore.

    Vue d’artiste du disque et de l’enveloppe gazeuses autour de l’énorme proto-étoile G353.273 + 0.641. © <em>National Astronomical Observatory of Japan</em>
    Vue d’artiste du disque et de l’enveloppe gazeuses autour de l’énorme proto-étoile G353.273 + 0.641. © National Astronomical Observatory of Japan

    Un processus universel de formation des étoiles ?

    Le signal étudié avec le radiotélescoperadiotélescope permet de conclure également que le rayon du disque autour de G353 est huit fois supérieur à celui de l'orbiteorbite de NeptuneNeptune, ce qui en fait un des plus petits observés autour d'une protoétoile massive. De façon intéressante, il a été possible de mesurer le taux de chute de la matièrematière de l'enveloppe de gazgaz trois fois plus grande que le disque autour de G353 vers ce disque. Cela a permis aux astrophysiciens d'estimer l'âge de la protoétoile : 3.000 ans tout au plus. C'est donc la plus jeune protoétoile connue à ce jour et son étude va donc permettre de comprendre les tout premiers phénomènes liés à la naissance d'une étoile massive.

    Surtout, ce qui attire l'attention des astrophysiciens spécialisés dans la cosmogonie des étoiles, c'est que le disque entourant G353 n'est pas uniformément brillant donc pas uniforme tout simplement du point de vue de la densité et de la température. Le sud-est du disque est en particulier plus brillant que l'autre partie. C'est une grande première pour un disque autour d'une protoétoile massive avec, en bonus, la découverte d'instabilité montrant que le disque est sur le point de se fragmenter.

    Or, on connait des caractéristiques tout à fait similaires dans le cas des protoétoiles de plus petites masses. Cela suggère que le processus à l'œuvre, que ce soit par exemple dans le cas du protosoleil ou de G353, est le même et qu'il existerait donc une sorte de théorie universelle de la naissance des étoiles. Voilà de quoi rendre plus solidesolide la description de ces naissances, de la Galaxie au moins, et donc l'évolution de notre Voie lactée qui a permis l'apparition de la Vie sur Terre et probablement ailleurs aussi.