La formation des systèmes planétaires : la naissance des étoiles
Entre disque et jets accrétion et éjection de matière un accouchement d’un million d’années:
Pour comprendre la formation des planètes, intéressons-nous en premier lieu à la formation des étoiles. Car les deux sont intimement liés: les planètes naissent en même temps que les étoiles. Comment se passe donc la naissance d’une étoile?
Il naît en permanence des étoiles dans notre Galaxie : on estime que tous les ans, il s’y forme l’équivalent d’un Soleil. Tout commence par un nuage interstellaire, une vaste région emplie de gaz (hydrogène et hélium), mais aussi particules de poussières: silicates, agrégats de carbone, souvent recouverts d’une pellicule de glaces. Un nuage est un objet immense, dont les dimensions se mesurent en dizaines d’années-lumière, fort peu dense suivant nos critères, puisque chaque centimètre cube contient quelques dizaines d’atomes, et de plus extrêmement froid : une dizaine ou une vingtaine de degrés au-dessus du zéro absolu… A l’intérieur de cet immense nuage, existent des régions plus denses que la moyenne, de petits grumeaux dont les plus petits ont des tailles de quelques milliers d’unités astronomiques. Dans la plupart des cas, ces grumeaux sont stables, mais il peut arriver qu’ils soient déstabilisés, par exemple par l’explosion d’une supernova à proximité. La gravité prend alors le dessus et le grumeau commence à se condenser sous l’effet de son propre poids.
Suivons un de ces grumeaux dans son évolution vers une étoile et son disque protoplanétaire. Le grumeau s’effondre sur lui-même. En son centre, la densité devient de plus en plus élevée, la température monte. En moins de quelques millions d’années, on atteint les 3 millions de degrés nécessaires à la fusion de l’hydrogène : une étoile est en train de naître. Autour de la protoétoile, se forme un disque de gaz et de poussières. En effet, même si le grumeau était plus ou moins sphérique au départ, il suffit qu’il ait un soupçon de rotation sur lui-même pour que dans l’effondrement, les parties externes s’aplatissent en un disque, puisque dans la direction perpendiculaire à l’axe de rotation, la force centrifuge s’oppose à la gravité. Au sein de ce disque protoplanétaire vont se former des planètes, dont les orbites seront à peu près coplanaires, ainsi qu’on l’observe dans le système solaire.
Un disque autour de la jeune étoile, dans lequel la matière du grumeau originel continue à tomber vers l’étoile : il s’agit d’un disque d’accrétion. Mais ce n’est pas tout. Les observations ont montré que les jeunes étoiles manifestent systématiquement de grands jets de matière perpendiculaires au disque d’accrétion. Le phénomène est encore mal expliqué, mais semble universel. Il s’agit donc à la fois d’un mouvement de chute ou d’accrétion vers l’étoile, et d’un mouvement d’éjection. Entre accrétion et éjection, c’est dans le disque que vont se former les planètes.
La formation des étoiles est une des questions les plus difficiles de l’astronomie actuelle. Difficulté des observations, puisque les jeunes étoiles, enfouies dans un cocon de gaz et de poussières, sont difficilement accessibles à l’observation dans les domaines infrarouge et radio, et pas du tout en lumière visible. Mais aussi difficulté de la compréhension théorique : ainsi, aucune simulation numérique ne peut suivre la formation d’une étoile de bout en bout, ce qui supposerait de passer d’une densité de quelques dizaines de particules par cm3 à une densité plusieurs milliards de milliards de fois plus élevée.
Vidéo : La formation des systèmes planétaires : la naissance des étoiles
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