Structure en vitesse des enveloppes protostellaires : effondrement gravitationnel et rotation

• Auteur / Autrice : Arnaud Belloche
• Direction : Didier Despois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Astrophysique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Formation d'étoiles

Observations millimétriques

Transfert radiatif

Proto-étoiles

Condensations préstellaires

Proto-amas

Résumé

Les étoiles se forment par effondrement gravitationnel de condensations préstellaires au sein de nuages moléculaires. L'objectif principal de cette thèse est de tester, à partir d'observations de transitions moléculaires millimétriques, différents modèles d'effondrement. L'enjeu est de comprendre comment la masse d'une étoile est fixée et dans quelle mesure l'environnement et les conditions initiales influencent l'évolution dynamique d'une condensation. Pour cela, nous avons étudié la structure en vitesse de condensations à partir de signatures spectroscopiques de rotation et de contraction. Nous montrons que l'enveloppe de la proto-étoile de classe 0 IRAM 04191 située dans le nuage du Taureau est animée de mouvements de contraction subsoniques dans sa majeure partie et qu'elle est en rotation différentielle. Nous proposons que la partie interne de l'enveloppe correspond à un cœur supercritique se découplant de la partie externe toujours soutenue par le champ magnétique. Nous suggérons que les propriétés cinématiques d'IRAM 04191 sont représentatives des conditions physiques caractérisant les proto-étoiles isolées juste après la formation de l'embryon stellaire central. D'autre part, l'étude des condensations préstellaires du proto-amas de Rho Ophiuchi montre que les taux d'accrétion associés sont un ordre de grandeur plus forts que pour IRAM 04191, ce qui suggère un effondrement induit par une perturbation extérieure. Nous montrons aussi que les condensations n'auront pas le temps d'orbiter significativement à travers le proto-amas avant de donner naissance à des étoiles de pré-séquence principale. Cela ne favorise pas les scénarii de formation stellaire qui font appel à des interactions dynamiques pour expliquer la fonction de masse initiale des étoiles. En conclusion, nous suggérons que l'effondrement est spontané dans les régions de formation d'étoile isolée comme le nuage du Taureau alors qu'il est probablement induit dans les proto-amas.

Stars form from the gravitational collapse of prestellar condensations in molecular clouds. The major aim of this thesis is to compare the predictions of collapse models with observations of both very young (class 0) protostars and starless condensations in millimeter molecular lines. We wish to understand what determines the masses of forming stars and whether the initial conditions have an effect on the dynamical evolution of a condensation. Using a Monte-Carlo radiative transfer code, we analyze rotation and infall spectroscopic signatures to study the velocity structure of a sample of protostellar condensations. We show that the envelope of the class 0 protostar IRAM 04191 in the Taurus molecular cloud is undergoing both extended, subsonic infall and fast, differential rotation. We propose that the inner part of the envelope is a magnetically supercritical core in the process of decoupling from the ambient cloud still supported by the magnetic field. We suggest that the kinematical properties observed for IRAM 04191 are representative of the physical conditions characterizing isolated protostars shortly after point mass formation. On the other hand, a similar study for the prestellar condensations of the Rho Ophiuchi protocluster yields mass accretion rates that are an order of magnitude higher than in IRAM 04191. This suggests that individual protostellar collapse in clusters is induced by external disturbances. Moreover, we show that the condensations do not have time to orbit significantly through the protocluster gas before evolving into protostars and pre-main-sequence stars. This seems inconsistent with models which resort to dynamical interactions and competitive accretion to build up a mass spectrum comparable to the stellar initial mass function. We conclude that protostellar collapse is nearly spontaneous in regions of isolated star formation such as the Taurus cloud but probably strongly induced in protoclusters.