La formation des jets stellaires à grande échelle

Les jets astro­physiques sont d’étroits pinceaux de matière qui peu­vent se propager sur de grandes dis­tances (des cen­taines de fois la dis­tance Terre-Soleil).

Ils sont omniprésents dans l’Univers, émergeant d’objets célestes aus­si var­iés que les étoiles en for­ma­tion, les naines blanch­es, les étoiles à neu­trons, ou les trous noirs, dont le point com­mun est d’amasser active­ment de la matière depuis leur proche environnement.

Des phénomènes mystérieux

“ Des pinceaux de matière omniprésents dans l’Univers ”

Bien que spec­tac­u­laires, les jets ont longtemps été con­sid­érés comme de sim­ples sous-pro­duits de ce proces­sus d’accrétion de matière. Les physi­ciens ont peu à peu réal­isé qu’ils jouent en réal­ité un rôle crucial.

Les jets qui s’échappent des pôles d’une étoile nais­sante ralen­tis­sent la rota­tion du gaz en train de s’effondrer sur le noy­au cen­tral, per­me­t­tant à la matière de con­tin­uer à s’agréger. Leur action sur le milieu inter­stel­laire peut y faire naître de nou­velles étoiles.

Cepen­dant, les jets restent par­mi les phénomènes les plus mys­térieux de l’astronomie mod­erne. En par­ti­c­uli­er, les théories actuelles ont du mal à expli­quer com­ment la matière peut se propager sur de si longues dis­tances tout en restant con­finée en un jet étroit.

Confinés par un champ magnétique

Grâce à une pre­mière sim­u­la­tion de ce phénomène en lab­o­ra­toire, et à des mod­éli­sa­tions numériques en trois dimen­sions, les chercheurs ont com­pris que les jets émis par les très jeunes étoiles sont con­finés par un champ mag­né­tique à large échelle, qui est aligné avec l’axe des jets, comme l’ont récem­ment pré­cisé des mesures par télescope.

Dis­posi­tif expéri­men­tal util­isé dans cette étude. La struc­ture cen­trale de cette cham­bre per­met d’étudier le cou­plage laser-matière en présence des forts champs mag­né­tiques et dans le vide. © JULIEN FUCHS / LULI

Le mécan­isme que les chercheurs pro­posent est donc en très bon accord avec les obser­va­tions astro­physiques actuelles. Il rend compte notam­ment de mys­térieuses émis­sions de rayons X observées par des satel­lites spa­ti­aux le long des jets.

Astrophysique et fusion nucléaire

Dans cette étude, les sci­en­tifiques se sont penchés spé­ci­fique­ment sur les jets de plas­ma des étoiles nais­santes, mais le même mécan­isme pour­rait être à l’œuvre dans les autres types de jets astro­physiques. Ce tra­vail ouvre la voie pour étudi­er, de manière con­crète, le rôle des champs mag­né­tiques en astrophysique.

Les chercheurs souhait­ent notam­ment, à l’aide de la future grande instal­la­tion laser Apol­lon du plateau de Saclay, se pencher sur le mécan­isme d’accumulation de matière par les jeunes étoiles, les rayons cos­miques et les arch­es de plas­ma éjec­tées lors des érup­tions solaires.

Enfin, le dis­posi­tif con­stru­it au LULI pour­rait servir aux recherch­es sur la fusion nucléaire, où les champs mag­né­tiques sont évo­qués depuis longtemps pour pou­voir con­fin­er les ions au sein d’un com­bustible et aug­menter leur tem­péra­ture, ce qui est le paramètre clé pour par­venir à la fusion.

Jet émis par l’étoile en for­ma­tion HH47, située dans la con­stel­la­tion des Voiles. Ce type de jet de plas­ma est émis à une vitesse de plusieurs cen­taines de kilo­mètres par sec­onde, et ne sub­siste que 100 000 ans environ.
© NASA, ESA, P. HARTIGAN (RICE UNIVERSITY)

Des jets bipo­laires émis par l’étoile en for­ma­tion HH30, située au cen­tre d’un disque d’accrétion qui l’alimente en gaz. © NASA, A. WATSON (UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO), K. STAPELFELDT (JPL), J. KRIST, C. BURROWS (ESA / STSCI)

Propos recueillis par Alice Tschudy

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