Formation des étoiles : Comprendre notre Univers

Dans notre Voie lactée, il nait en moyenne quatre ou cinq étoiles chaque année. Les étoiles en formation sont fréquemment appelées étoiles jeunes.
L'observation confirme que les étoiles se forment en groupe, à partir de la contraction gravitationnelle d'un nuage de gaz et de poussière, qui se fragmente et se contracte, en plusieurs zones protostellaires. Les nuages moléculaires sont composés de poussières interstellaires errantes, laissées lors de la formation de la galaxie. La matière principale des nuages interstellaires, est l'hydrogène, qui sera d'ailleurs, le principal constituant des étoiles. Les données du télescope spatial Spitzer, sur l'image ci-contre, montre dans la partie inférieure, le nuage moléculaire Céphée B. Les jeunes étoiles, en violet, dans et autour de Céphée B, sont vues par le télescope à rayons X, Chandra. C'est grâce à Chandra que les astronomes ont pu repérer les jeunes étoiles à l'intérieur et à proximité de Céphée B, elles sont identifiés par leur forte émission de rayons X. Quant aux données du télescope spatial Spitzer, elles ont montré que les jeunes étoiles ont un disque «protoplanétaire» autour d'elles. De tels disques n'existent que dans les systèmes très jeunes, où les planètes sont encore en formation, leur présence est une indication de l'âge d'un système d'étoiles. Ces données fournissent une excellente occasion de tester un modèle pour expliquer la manière dont les étoiles se forment.

L'étude de ce nuage, suggère que la formation des étoiles dans Céphée B est principalement déclenchée par le rayonnement d'une étoile massive lumineuse (HD 217086), située en dehors du nuage moléculaire.
Selon ce modèle particulier, le déclenchement de la formation des étoiles, appelé RDI (Radiation Driven Implosion), démarre à partir du rayonnement de cette étoile massive qui génère une onde de compression à l'intérieur du nuage, agglomérant la matière tout en éjectant vers l'extérieure une couche du nuage.
Cependant, différents types de déclenchement de formation d'étoiles ont été observés dans d'autres environnements. Par exemple, la formation de notre système solaire a été déclenché par une explosion de supernova, dans la région de formation stellaire W5.
L'explosion a balayé violemment la matière qui s'est contractée sur les fronts de choc.
Finalement, la concentration de gaz accumulé sur ces fronts, devient assez dense pour s'effondrer et former des centaines d'étoiles.
Le mécanisme de RDI est aussi présent dans W5 et il est responsable de la formation de dizaines d'étoiles.
La plupart du temps, la formation d'étoiles se déclenche à l'endroit où un nuage de gaz se refroidit, la gravité prenant le dessus, le nuage tombe sur lui-même.

Image : Formation stellaire dans le nuage Céphée B.
Cette image composite, créée en utilisant les données du Chandra X-ray Observatory et du télescope spatial Spitzer, montre le nuage moléculaire Céphée B, situé dans notre galaxie à environ 2 400 années-lumière de notre système solaire. Image Crédit: X-ray: NASA/CXC/PSU/K. Getman et al.; IRL NASA/JPL-Caltech/CfA/J. Wang et al.

Une étoile est un astre semblable au Soleil, qui brille grâce à des réactions nucléaires qui se produisent en son centre. À l'exception du Soleil, les étoiles apparaissent à l'œil nu sous la forme d'un point brillant, scintillant du fait de la turbulence atmosphérique, sans mouvement apparent immédiat par rapport aux autres objets fixes du ciel. Toutes les étoiles sont considérablement plus éloignées de la Terre que le Soleil. L'étoile la plus proche, Proxima du Centaure, est située à environ 4 années-lumière du Système Solaire, soit près de 250 000 fois plus loin que le Soleil.
La masse d'une étoile est de l'ordre de quelques 10³⁰ kg, et son rayon de l'ordre de quelques millions de kilomètres. La puissance rayonnée par une étoile comme le Soleil est de l'ordre de 10²⁶ watts. Les étoiles se forment suite à la contraction d'une nébuleuse de gaz et de poussières sous l'effet de la gravité. Si l'échauffement de la matière est suffisant, cela déclenche le cycle des réactions nucléaires au cœur de la nébuleuse pour former une étoile. L'énergie dégagée par ces réactions est alors suffisante pour arrêter sa contraction du fait de la pression de radiation ainsi générée.

Le nombre d'étoiles dans l'univers est estimé entre 10²² et 10²³. Le Soleil mis à part, les étoiles sont trop peu brillantes pour être observables en plein jour.

Image : Naissance d'une étoile : image composée à partir des données du télescope à rayon X Chandra (en bleu) et des données du télescope à infrarouge Spitzer (en rouge et orange). A environ 4 000 années-lumière de la Terre, se trouve RCW 108, une région de la Voie lactée où la formation d'étoiles est active d'où la présence d'amas de jeunes étoiles en bleu sur l'image.
Celle que l'on voit naitre, en jaune au centre de l'image est profondément ancrée dans un nuage d'hydrogène moléculaire. D'après les données provenant de différents télescopes, les astronomes ont déterminé que la naissance des étoiles dans cette région est déclenchée par l'effet de proximité des jeunes étoiles massives.

nota: Les astronomes ne classent les étoiles qu'en naines ou en géantes.

Le sombre nuage de poussière autour de Rho Ophiuchus est à une distance d'environ 400 années-lumière, ce qui en fait une des plus proches régions de formation stellaire. Le nuage est situé à la fois dans la constellation du Scorpion et celle du Serpentaire (Ophiuchus). Ce remarquable nuage géant autour de l'étoile ρ (Rho) Ophiuchi, est riche en hydrogène moléculaire. Son exceptionnelle vivacité en fait une région caractéristique de formation d'étoiles. Dans ce nuage sombre de gaz et de poussière se cachent la plupart des étoiles. Si elles ne se montrent pas dans la lumière visible, des études infrarouges ont dévoilé plus de 300 jeunes étoiles dans la région centrale de la nébuleuse.

Ces observations ont montré que la plupart des étoiles étaient âgées d'environ 300 000 ans. Au fil du temps, ce nuage se contractera lentement sous son propre poids et formera de nouvelles étoiles. Cette région doit sa couleur bleue à la réflexion de l'hydrogène des jeunes étoiles en formation dans le nuage de poussière.

Image : Le sombre nuage de poussière autour de Rho Ophiuchus. crédit ESO : GigaGalaxy Zoom

Le télescope spatial Spitzer montre, sur cette image, grâce à sa vision infrarouge, les profondeurs des nébuleuses poussiéreuses de la constellation d'Orion. On peut voir en lumière visible, dans chaque nébuleuse, une étoile naissante, enfouie derrière un nuage sombre. Ces deux nébuleuses cosmiques ressemblent à un masque, derrière lequel deux étoiles, nous regardent. Cataloguées Messier 78, les deux nébuleuses rondes verdâtres sont en réalité des cavités creusées dans les nuages de poussière sombres environnants. Malgré cette poussière très sombre, Spitzer voit des bords brillants, en lumière infrarouge, qui encadrent les intérieurs lumineux. Messier 78 est facile à voire avec de petits télescopes, dans la constellation d'Orion, juste au nord-est de la ceinture d'Orion. Les yeux infrarouges de Spitzer, qui pénètrent cette poussière, révèlent un intérieur lumineux, surprenant.

Une chaine de jeunes étoiles qui n'ont pas encore bruler leur coquille natale apparaissent en rouge à l'extérieur de la nébuleuse.