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ODIN détecte une molécule interstellaire clé pour la naissance des étoiles

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Bien qu'elle soit l'objet de nombreuses études depuis des décennies, la formation des étoiles à partir de l'effondrement d'un nuage moléculaire n'est toujours pas très bien comprise. Selon les théoriciens, et aussi les cosmochimistes, des molécules de dioxygène devaient être abondantes dans ces nuages et aider à leur effondrement. Après bien des tentatives infructueuses, le satellite Odin vient enfin de les détecter.

Spectre de la molécule de dioxygène détectée par le satellite Odin dans la constellation d'Ophiuchus à 500 années-lumières.
Le satellite Odin, vue d'artiste (Crédits : Swedish Space Corporation).

Il y a trois grands problèmes auxquels sont confrontés les astrophysiciens pour expliquer comment une étoile se forme par fragmentation et effondrement d'un nuage moléculaire de gaz et de poussières.

Le premier, est celui du moment cinétique. Sa conservation indique qu'un nuage tournant sur lui-même va voir sa vitesse de rotation augmenter au fur et à mesure qu'il se contracte. La force centrifuge s'opposant à la contraction du nuage va alors elle aussi augmenter. Ce qui veut dire que s'il n'existe pas un mécanisme efficace pour qu'un nuage perde une partie de son moment cinétique au cours de sa contraction, celle-ci s'arrêtera avant que l'étoile ne se forme.

Nuage de gaz en rotation s'effondrant pour donner un système planétaire (Crédits : Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF).

Le second problème fait lui intervenir le champ magnétique, mais il est au fond très similaire. S'il existe un faible champ magnétique dans ce nuage (il y en a dans les galaxies), toujours lors de l'effondrement, la conservation cette fois ci du flux de ce champ va faire croître la densité d'énergie magnétique. Là encore, une pression contrebalançant la contraction apparaîtra. Un mécanisme dissipant cette densité d'énergie doit aussi exister.

Enfin, et c'est le cas qui nous intéresse ici, en se comprimant, le gaz va s'échauffer, la température - et donc l'agitation moléculaire - va augmenter. Il apparaîtra alors une fois de plus une pression stoppant tout progrès dans l'effondrement du nuage.

Il existe bien sûr des solutions possibles à ces différents problèmes. Pour le dernier, l'explication avancée est, en gros, la suivante. Différents types de poussières et de molécules, dont le dioxygène, vont, sous l'effet de l'augmentation de température, se mettre à rayonner dans des longueurs d'ondes capables de traverser le nuage malgré son opacité grandissante. Celui-ci va donc se refroidir et pouvoir continuer sa contraction jusqu'à la formation d'une proto-étoile.

Pour tester cette théorie, il est bien évidemment important de s'assurer de la présence de cette molécule dans les nuages interstellaires. Or, jusqu'à présent, les tentatives de détection au sol, en ballons ou dans l'espace des lignes spectrales de O2 s'étaient toutes soldées par des échecs. Cela était d'ailleurs un problème pour les cosmochimistes car leurs modèles prévoyaient tous une grande abondance de molécules d'eau et de dioxygène.

C'est maintenant chose faite grâce au satellite Odin lancé le 20 février 2001. Fruit d'une collaboration entre la Suède, la Finlande, le Canada et la France, celui-ci est équipé d'un radiotélescope opérant aux longueurs d'ondes millimétriques et submillimétriques. Sur quatre années, il a consacré spécifiquement 33 jours d'observations à un nuage moléculaire situé à 500 années-lumières dans la constellation d'Ophiucus. 300 000 spectres ont été enregistrés et ils montrent clairement maintenant la présence de dioxygène. Sauf que l'abondance mesurée est 1000 fois plus faible que prévue !

Incontestablement, la complexité des processus à l'oeuvre dans le milieu interstellaire et à l'origine de la formation des étoiles est encore loin d'avoir livré tous ses secrets.

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