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Simulation sans précédent de la naissance des étoiles


​A l'aide des supercalculateurs du CEA, des théoriciens du CEA-Irfu ont réalisé des simulations pour comprendre la formation des étoiles et des disques protoplanétaires. Après des mois de calcul, ils ont obtenu des résolutions jamais atteintes auparavant, révélant de nouveaux détails. A la clé, deux résultats majeurs.

Publié le 7 juin 2024

​Contre toute attente, les protoétoiles sont turbulentes dès leur naissance ; et les disques protoplanétaires se forment à partir de matériel éjecté par la surface de l'étoile. Voici les deux résultats majeurs obtenus par une équipe du CEA-Irfu grâce à des simulations numériques très complexes tentant de reproduire ces phénomènes à partir des lois de la physique.

Ces résultats n'auraient pu être obtenus sans le recours à la simulation. En effet, même avec les télescopes les plus puissant comme le James Webb, il est très difficile d'observer la naissance des étoiles car la grande quantité de nuage de poussières et de gaz dans lesquelles elles sont enfouies masque une majeure partie de leur lumière. Ces simulations sont néanmoins très chronophages : « réaliser une simulation qui décrit l'effondrement du nuage ainsi que la première année et demie des proto-étoiles nécessite trois mois de calcul », précisent Adnan Ali Ahmad, Matthias Gonzales et Patrick Hennebelle du CEA-Irfu.

Turbulences et vitesses de rupture

Ce long travail complexe a permis aux astrophysiciens de découvrir deux phénomènes.

Alors qu'il était admis que la turbulence dans les étoiles se déclenchait lorsque la fusion nucléaire démarrait dans leur région centrale, environ 100 000 ans après leur naissance, les simulations à très haute resolution montrent une instabilité à la surface de l'étoile dès sa naissance.

Simulations de la densité au centre du domaine de naissance de la proto-étoile, puis deux mois de claucl plus tard.

Les disques protoplantéaire entourant les jeunes étoiles se forment à partir de gaz éjecté par la surface de l'étoile qui tournent tellement vite à sa naissance qu'une partie de son gaz atteint la vitesse de rupture et ne peut plus être contenu.

Ce résultat apporte un changement de paradigme car, jusqu'à present, les disques étaient étudiés indépendamment de l'étoile en raison des contraintes de temps de calcul", expliquent les chercheurs qui sont d'ores et déjà en train de faire tourner de nouvelles simulations. Il s'agira notamment de prendre en compte le champ magnétique au sein du nuage pour pouvoir étudier son origine ainsi que son influence sur l'étoile et le disque. 



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