Pour former une étoile, l’Univers a besoin de temps. Trop de temps pour que le processus soit accessible dans sa globalité à l’observation des astrophysiciens. Pour contourner cette difficulté, ces derniers ont recours à des simulations informatiques. Et ils viennent tout juste de dévoiler la plus réaliste et la plus haute définition de toutes. Une plongée vertigineuse dans les secrets de la formation des étoiles.

Les étoiles se forment dans des nuages de gaz. Lorsque ceux-ci se condensent sous l'effet de la gravité. Et depuis quelques décennies déjà, les astrophysiciensastrophysiciens tentent de simuler le processus. Mais jusqu'ici, les modèles n'avaient reproduit que de petites parcelles de ces nuagesnuages. Aujourd'hui, une équipe composée entre autres de chercheurs de l’université Northwestern (États-Unis) dévoile la simulation 3D la plus réaliste et la plus haute résolutionrésolution jamais produite. Sur un nuage de gazgaz entier, cent fois plus massif que ce qui était proposé auparavant. En images et en couleurs, le merveilleux spectacle de l'UniversUnivers en train d'allumer des étoiles.

Cette simulation, les astronomesastronomes l'ont très justement baptisée Starforge, pour Star Formation in Gaseous Environments. Elle modélise non seulement la formation des étoiles, mais aussi leur évolution et leur dynamique. Le tout en tenant compte de nombreux phénomènes physiquesphysiques comme la dynamique des gaz, les champs magnétiques, la gravité ou encore le chauffage ou le refroidissement de l'environnement. Et de différents types de rétroactionrétroaction stellaire, y compris les jets, les rayonnements, les ventsvents stellaires et l'activité des supernovaesupernovae à proximité. Il peut ainsi falloir jusqu'à trois mois pour exécuter le modèle sur l'un des plus grands supercalculateurssupercalculateurs du monde.

« La façon dont les étoiles se forment est une question centrale en astrophysiqueastrophysique », explique Claude-André Faucher-Giguère, chercheur, dans un communiqué de l’université Northwestern. « C'est une question très difficile à explorer en raison de la gamme de processus physiques impliqués. Cette nouvelle simulation nous aidera à répondre directement à des questions fondamentales auxquelles nous ne pouvions pas répondre de manière définitive auparavant. » Comme comprendre pourquoi le processus de formation des étoiles est aussi lent. Et un plutôt inefficace. Qu'est-ce qui détermine la masse d’une étoile. Ou encore pourquoi les étoiles ont tendance à se former en amas.

Sur ce zoom d’une simulation Starforge, un noyau de gaz en rotation s’effondre pour former en son centre, une étoile qui lance, depuis ses pôles, des jets dits protostellaires alors qu’elle se nourrit des gaz provenant du disque environnant. Les astronomes ont observé que ces jets entraînent les gaz au loin, limitant la quantité de matière que l’étoile peut accumuler. © Starforge, Université Northwestern
Sur ce zoom d’une simulation Starforge, un noyau de gaz en rotation s’effondre pour former en son centre, une étoile qui lance, depuis ses pôles, des jets dits protostellaires alors qu’elle se nourrit des gaz provenant du disque environnant. Les astronomes ont observé que ces jets entraînent les gaz au loin, limitant la quantité de matière que l’étoile peut accumuler. © Starforge, Université Northwestern

Déjà des découvertes grâce à cette puissante simulation

Rappelons que former une étoile prend à l'Univers des dizaines de millions d'années. Ainsi, lorsque les astronomes observent le ciel, ils n'enregistrent qu'un bref aperçu du phénomène. Sans parler du fait que les nuages de gaz et de poussière dans lesquels naissent les étoiles cachent généralement une bonne partie de l'événement. D'où la nécessité de recourir à la simulation informatique.

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Les astrophysiciens se sont déjà appuyés sur Starforge pour déterminer que les jets protostellaires - ce sont des flux de gaz à grande vitessevitesse qui accompagnent la formation des étoiles - jouent un rôle essentiel dans la détermination de la massemasse d'une étoile. C'est important parce que, connaissant la masse d'une étoile, les chercheurs peuvent accéder à sa luminositéluminosité et aux mécanismes qui l'alimentent. Pour mieux prédire son avenir. Et en apprendre plus sur les éléments qu'elle est susceptible de synthétiser.

En supprimant les jets protostellaires de leur simulation, les chercheurs avaient donné naissance à des étoiles beaucoup trop grosses. En les ajoutant à nouveau, les étoiles ont retrouvé une taille plus réaliste. « Les jets perturbent l'afflux de gaz vers l'étoile », explique Michael Grudić, chercheur. « Ils soufflent essentiellement du gaz qui aurait fini dans l'étoile et augmenté sa masse. Les astronomes ont soupçonné que cela pouvait se produire, mais en simulant l'ensemble du système, nous avons une solidesolide compréhension de son fonctionnement. »

Comprendre la formation des étoiles, c’est un peu comprendre nos origines

Au-delà de la compréhension des étoiles, Starforge pourrait nous aider à en apprendre davantage sur l'Univers. Voire même sur nous-mêmes. « Comprendre la formation des galaxies repose sur des hypothèses sur la formation des étoiles », précisent en effet les chercheurs. « Si nous pouvons comprendre la formation des étoiles, alors nous pouvons comprendre la formation des galaxies. Et en comprenant la formation des galaxies, nous pouvons mieux comprendre de quoi est fait l'Univers. Comprendre d'où nous venons et comment nous nous situons dans l'Univers dépend en fin de compte de la compréhension des origines des étoiles. »