Des scientifiques détectent pour la première fois la « dérive cosmique » qui déclenche la naissance des étoiles

Une équipe internationale d'astrophysiciens a détecté pour la première fois une signature observationnelle de la diffusion ambipolaire —une différence de vitesse subtile entre les ions et les molécules neutres— à l'intérieur d'un cœur préstellaire, offrant un aperçu direct du mécanisme physique qui permet aux nuages denses de gaz et de poussière de s'effondrer pour former des étoiles.

Une recherche longue de plusieurs décennies

La découverte, annoncée le 10 juillet par des institutions dont l'Institut Max Planck de physique extraterrestre et l'Université de Kyushu, se concentre sur L1544, un cœur préstellaire bien étudié dans la constellation du Taureau. Les résultats ont été acceptés pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.arxiv+3

Les étoiles comme notre soleil commencent leur vie à l'intérieur de concentrations froides et denses de gaz et de poussière interstellaires traversées par des champs magnétiques. En théorie, le champ magnétique résiste à l'effondrement gravitationnel, mais à mesure que le niveau d'ionisation chute au cœur d'un noyau, les molécules neutres se découplent des ions liés au champ, permettant à la matière de dériver vers l'intérieur et de déclencher éventuellement l'effondrement. Ce processus, connu sous le nom de diffusion ambipolaire, est une pierre angulaire de la théorie de la formation des étoiles depuis des décennies, mais une preuve observationnelle directe restait insaisissable.academic.oup

Comment ils l'ont trouvé

Dirigée par Doris Arzoumanian, l'équipe a observé deux molécules deutérées —l'ion N₂D⁺ et l'espèce neutre para-NH₂D— qui tracent le même intérieur à haute densité de L1544. En comparant les centroïdes de vitesse des deux espèces moléculaires, les chercheurs ont mesuré une différence de vitesse moyenne ion-neutre d'environ 0,05 kilomètre par seconde vers le cœur. Bien que faible, ce décalage correspondait aux prédictions de simulations cohérentes qui tiennent compte de la croissance des grains de poussière et de son effet sur le couplage entre la matière et le champ magnétique.x+1

L'étude met également en évidence un facteur inattendu : le rôle de la croissance des grains de poussière au stade préstellaire dans la détermination du taux de diffusion ambipolaire. À mesure que les grains grossissent à l'intérieur du cœur, ils absorbent les électrons et les ions libres, abaissant la fraction d'ionisation et accélérant le processus de découplage. L'équipe a suggéré que de futures mesures des vitesses de dérive ion-neutre pourraient fournir de nouvelles contraintes sur l'intensité du champ magnétique et la distribution de la taille des poussières au sein des cœurs préstellaires.arxiv+1

Pourquoi c'est important

Jusqu'à présent, le début de l'effondrement gravitationnel provoqué par le découplage ion-neutre n'avait jamais été observé. Une étude théorique de 2023 dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a posé le défi, notant qu'« une détection définitive de ses signatures observationnelles reste à confirmer ». Le nouveau résultat franchit cette étape, transformant une prédiction théorique en astrophysique mesurable et ouvrant une nouvelle fenêtre de diagnostic sur les premiers instants avant la naissance d'une étoile.academic.oup+1