Le processus de formation des étoiles mis en évidence par Planck

Les processus impliqués dans la formation des étoiles peuvent se résoudre grâce à la puissance des observations multi-fréquences. De nouvelles images de Planck révèlent le milieu interstellaire et isolent les processus physiques existants dans notre Galaxie.

Introduction

Notre galaxie, la Voie Lactée, abrite une vaste agglomération de milliards d'étoiles, entrelacées de nuages de gaz et de poussière, qui forment le milieu interstellaire (MIS). En lumière visible, la plupart des nouvelles étoiles sont cachées par des nuages de fines particules de poussière dispersées dans le gaz entre les étoiles. En se déplaçant de la lumière visible à des longueurs d'onde plus importantes, où le rayonnement fossile peut être sondé, la situation est très différente comme le démontrent clairement les nouvelles images de la mission de l'ESA, Planck.

La poussière ne bloque plus l'émission des régions les plus internes, et de nouveaux aspects de notre galaxie sont révélés.

 

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Dans la gamme de fréquences de Planck, le MIS domine l'émission.

• À gauche : Une région de faible activité de formation d'étoiles dans la constellation de Persée, vue par Planck (2) et en lumière visible avec le Digitized Sky Survey (1).
• À droite : Une région de formation stellaire active dans la nébuleuse d'Orion, vu par Planck (4) et le Digitized Sky Survey (3).

Crédit : (pour les images Planck) de l'ESA, LFI et HFI Consortia ; (pour l'image optique) STScI DSS

 

Exploration des processus en jeu

Aux fréquences où les instruments de Planck sont particulièrement sensibles, la Voie Lactée émet fortement sur une grande partie du ciel. Cette émission d'avant-plan provient principalement de trois processus, dont chacun peut être isolé à l'aide de Planck :

• Aux plus basses fréquences, Planck trace la distribution de l'émission synchrotron des électrons relativistes qui interagissent avec les champs magnétiques galactiques. Une composante diffuse supplémentaire, " l'émission de micro-ondes anormales ", attribuée à des particules de poussière en rotation, est également présente ici.

• Aux fréquences intermédiaires (correspondant aux longueurs d'onde de quelques millimètres), le signal est dominé par l'émission thermique de gaz ionisé chauffé par de nouvelles étoiles chaudes.

• À des fréquences encore plus hautes, Planck trace la distribution de poussières interstellaires, y compris les noyaux compacts et froids en phase finale d'effondrement vers la formation de nouvelles étoiles.

Les étoiles, une fois formées, dispersent les nuages environnants, doucement ou violemment selon leur âge et leur caractère. Un équilibre délicat entre l'effondrement des nuages et la dispersion régit le nombre d'étoiles créées par n'importe quelle galaxie. De nombreux processus physiques influencent cet équilibre, notamment la gravité, le réchauffement et le refroidissement, la turbulence, les champs magnétiques. Suite à cette interaction, le MIS se réorganise en «phases» qui coexistent côte à côte, certaines (appelées «nuages moléculaires») contenant des gaz denses et froids et de la poussière, d'autres (dénommées «cirrus») contenant des matériaux plus diffus et plus chauds.

Des données multi-fréquences sont nécessaires pour reconstruire les propriétés des différents constituants et les phases du MIS. Planck fera considérablement progresser cet effort en permettant, pour la première fois, de fournir simultanément des données sur tous les mécanismes essentiels d'émission. Sa couverture en fréquence étendue, qui est une condition essentielle pour étudier le rayonnement fossile, se révèle tout aussi cruciale pour l'étude du milieu interstellaire.

Cartographier les sites de formation d'étoiles

La puissance des observations multi-fréquences pour discerner les processus en jeu dans les régions de formation d'étoiles est démontrée par ces nouvelles images de Planck. Cette première séquence illustre le milieu interstellaire dans une région de la nébuleuse d'Orion où les étoiles sont en formation active.

 

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Plusieurs processus physiques impliqués dans la formation d'étoiles de cette région de la nébuleuse d'Orion (M42) sont révélés à travers des images prises par Planck.
L'image optique (1) montre deux brillantes "tâches" de lumière, provenant de deux groupes de jeunes étoiles massives et leurs lumières réfléchies par les nuages environnants.
Une image Planck à 30 GHz (2) illustre comment le gaz domine l'émission quand il est proche des étoiles les plus chaudes ; sa forme semi-circulaire (appelé la boucle de Barnard) indique le bord de la bulle soufflée dans le gaz par l'explosion d'une supernova.
À 857 GHz (4) la plupart de l'émission provient de la poussière froide qui retrace la structure filamentaire du nuage à partir de laquelle se sont formées les étoiles. À une fréquence intermédiaire de 143 GHz (3), l'image de Planck montre un mélange de sources de rayonnement.
La combinaison d'informations provenant de toutes ces images donne une vision très complète de toutes les phases du milieu interstellaire environnant ce site de formation d'étoiles très actif.

Crédit : (pour les images Planck) de l'ESA, LFI et HFI Consortia ; (pour l'image optique) STScI DSS

 

Une séquence d'images comparables d'une région de formation d'étoiles en basse activité, près de la constellation de Persée, démontre comment la structure et la distribution du MIS peuvent être révélées par des images provenant de Planck.

 

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Ces images provenant d'une région de formation d'étoiles faiblement active dans la constellation de Persée dénotent un contraste frappant avec les images de la région d'Orion. L'image optique (1) apparaît très sombre en raison de la faible activité de formation stellaire. Toutefois, la grande quantité de matière interstellaire présente dans la région devient évidente sur les images à plus hautes fréquences de Planck (30GHz (2), 143 GHz (3), 857 GHz (4) ).
Ces images montrent la richesse des informations qui peuvent être tirées grâce à Planck, y compris de telles régions sombres du ciel.

Crédit : (pour les images Planck) de l'ESA, LFI et HFI Consortia ; (pour l'image optique) STScI DSS

 

Un sous-produit lucratif pour une mission d'avant-garde

Des mesures précises du Cosmic Microwave Background ( Rayonnement Fossile ) sont essentielles à la cosmologie, pour comprendre comment notre Univers s'est formé et a évolué. Atteindre la plus haute sensibilité (quelques parties par million), à la plus haute résolution angulaire (5 minutes d'arc) des cartes du rayonnement fossile (tel est l'objectif de la mission Planck), exige le retrait de l' "avant-plan" des émissions de la Voie Lactée. L'information récupérée au cours de ce processus, sous-produit de l'analyse cosmologique, nous offre une vue unique sur l'évolution qui conduit à la formation des étoiles dans les galaxies qui peuplent notre Univers.

Note aux éditeurs

Planck observe le ciel en neuf fréquences utilisant deux instruments de pointe, conçus pour mesurer le rayonnement diffus avec une excellente sensibilité à plusieurs fréquences: HFI (High Frequency Instrument) comprend les 6 bandes de fréquences de 100 à 857 GHz , et LFI (Low Frequency Instrument) comprend les bandes de fréquences de 30 à 70 GHz.

Le premier sondage du ciel ( all sky survey ) de Planck a commencé en août 2009, et est complet à 98% depuis mi-mars 2010. En raison de la façon que Planck sonde le ciel, la dernière partie de la première analyse sera terminée d'ici fin mai 2010. Planck recueillira des données jusqu'à fin 2012, période durant laquelle il effectuera quatre sondages du ciel. Des données astronomiques initiales, appelées Early Release Compact Source Catalogue / Catalogue Préliminaire des Sources Compactes, devraient être communiquées pour janvier 2011. Pour arriver aux résultats cosmologique principaux, il faudra environ deux ans de traitement de données et d'analyse.

Le premier ensemble de données traitées sera mis à la disposition de la communauté scientifique mondiale vers la fin 2012.

Pour aller plus loin

• ESA - Jan Tauber: Scientifique du projet Planck Département de recherche et d'appui scientifique
  Direction de la Science et Exploration robotique
  Agence spatiale européenne
  E-mail : Jan Tauber