Thèse en cours

Recherche et étude des phases précoces de la formation des étoiles massives
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Auteur / Autrice : Maxime Valeille-manet
Direction : Sylvain Bontemps
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
Date : Inscription en doctorat le 15/09/2021
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Equipe de recherche : Formation d'étoiles et milieu interstellaire

Résumé

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Les étoiles les plus massives, au delà de 10 Msol et jusqu'à 100-150 Msol, ont des masses qui dépassent la masse des instabilités gravitationnelles de Jeans dans le gaz froid et dense. L'origine des étoiles massives reste ainsi largement incomprise. Il est crucial de résoudre cette question car les étoiles massives qui dominent la luminosité des galaxies sont à l'origine de la destruction des nuages moléculaires ce qui régulent le taux de formation d'étoiles des galaxies. Les premières étoiles   l'origine des premières galaxies étaient aussi certainement très massives et dans certains scénarios, les trous noirs super-massifs des galaxies actuelles pourraient avoir pour origine une formation stellaire extrême et dynamique similaire par certains aspects au processus qui expliquerait la formation des  toiles massives actuelles. Depuis nos travaux de 2007 (Motte, Bontemps et al. 2007, A&A 558, 125; voir aussi la revue Motte, Bontemps, Louvet 2018, ARA&A 56, 41), l'un des points clefs de l'énigme de l'origine de la masse des étoiles massives est lié aux phases les plus précoces de la formation et l'existence et aux propriétés des coeurs dits pré-stellaire de ces étoiles. Ces coeurs qui précèdent la phase de protoétoile semblent en effet  être très rares et correspondrait donc à une phase très courte. Les meilleures estimations donnent des valeurs proches, voire inférieures, à 10^4 années qui indique une formation rapide et donc très dynamique des coeurs. Cette dynamique forte a été observée pour les phases protostellaires massives (Csengeri et al. 2011, A&A 527, 135) mais pas encore pour les coeurs pré-stellaires car ils sont tellement rares que seulement quelques exemples sont connus pour l'instant (Duarte-Cabral et al. 2013, A&A 558, 125; Nony et al. 2018, A&A 618, L5; Molet et al. 2019, A&A 626, 132). Il est donc fondamental de découvrir une vraie population de coeurs pré-stellaires massifs et de les étudier pour comprendre le processus de leur formation. ALMA-IMF est un large programme ALMA (https://www.almaobservatory.org) regroupant 70 chercheurs en Europe (Grenoble, Bordeaux, Paris, Bonn), Asie (Japon), Amériques (Chili, Mexique, Argentine, USA). Ce relevé qui pointe vers les 15 proto-amas les plus massifs de la Galaxie et situés à moins de 6 kpc du Soleil a permis la détection d'environ 800 coeurs dont 15 à 20 % sont plus massifs que 10 Msol. Une grande majorité de ces coeurs sont déjà en effondrement et contiennent des protoétoiles montrant des éjections de matière qui attestent de l'existence d'une accrétion sur un embryon stellaire. MIOP est un large programme NOEMA (https://www.iram-institute.org/EN/noema-project.php) de temps garanti des instituts Max-Planck de Bonn et Heildelberg dans lequel nous sommes impliqués avec 20 autres chercheurs en Allemagne et en France qui vise à rechercher toutes les protoétoiles et coeurs pré-stellaires de la région riche et proche du Cygne, Cygnus X, qui contient les proto-étoiles massives les plus proches du Soleil. Le projet consiste d'abord à rechercher parmi les 800 coeurs de ALMA-IMF et parmi les quelques dizaines de coeurs proches de MIOP les coeurs pré-stellaires massifs, i.e. sans signe d'éjection de matière et avec une masse de plus de 10 Msol qui seraient ces objets rares, clefs de la compréhension de la formation des étoiles massives. Dans un second temps, il s'agira d'étudier la population découverte de coeurs pré-stellaires grâce aux données déjà disponibles de ALMA-IMF et MIOP mais aussi avec de nouvelles observations notamment avec une couverture spectrale plus grande pour contraindre entièrement les conditions et physiques et chimiques de ces objets cruciaux. Nous adopterons en particulier une approche "astrochimique" en utilisant des relevés spectraux non biaisés pour obtenir systématiquement l'émission moléculaire de plusieurs dizaines de molécules présentes dans ces coeurs dont des molécules organiques complexes précurseures potentielles de molécules pré-biotiques. La modélisation complète de ces émissions est un moyen performant pour contraindre l'ensemble des propriétés physiques (densité, dynamique, température) et chimique (abondances) des coeurs pré-stellaires et coeurs protostellaires.