Sept embryons dans un même disque : la naissance d'une famille stellaire extrême ✛
Dans le nuage sombre NGC 6334I-North, à 5500 années-lumière de la Terre, l'interféromètre radio ALMA a aperçu quelque chose d'inattendu : autour d'une jeune étoile massive tourne un disque de gaz et de poussière, et à l'intérieur, sept condensations denses. Chacune d'elles pourrait devenir une étoile. Voilà à quoi ressemble la naissance d'une famille stellaire, et d'une famille particulièrement nombreuse.
En général, les étoiles multiples naissent par paires ou par trios. Ici, nous avons une ronde serrée de sept protoétoiles enfermées dans un disque de gaz commun. Le disque tourne selon la loi de Kepler, comme les planètes autour du Soleil, mais sa masse est si grande qu'il commence lui-même à se fragmenter. Le paramètre de Toomre Q, qui mesure la stabilité du disque face à la fragmentation, descend à des valeurs de 1 à 2 près des condensations : c'est le seuil au-delà duquel la gravité l'emporte sur la rotation et la chaleur. Le disque devient instable, comme un manège surchargé, et se désagrège en tourbillons distincts, les futures étoiles.
Jusqu'ici, la théorie prédisait cette possibilité, mais les observations ne trouvaient que des systèmes binaires ou ternaires. Pour la première fois, on a pu voir un système septuple en train de naître. Les distances entre les condensations, en moyenne 298 unités astronomiques, sont trop faibles pour une fragmentation du nuage parent : dans ce cas, elles seraient dispersées sur des milliers d'unités astronomiques. La simulation de l'effondrement d'un nuage de gaz de 200 masses solaires a reproduit une image similaire, avec des fragments de masses comprises entre 0,03 et 0,23 M☉, étroitement serrés les uns contre les autres. C'est donc bien la fragmentation du disque, et non l'effondrement du noyau, qui a engendré cette famille.
Cette découverte comble le fossé entre la théorie et les observations. Les étoiles massives naissent souvent dans des amas où les interactions dynamiques effacent rapidement les conditions initiales. Ici, nous voyons le système dans son état primordial, avant que les collisions gravitationnelles ne le remanient. Des observations ultérieures à plus haute résolution permettront de chercher des disques secondaires autour de chaque condensation et de suivre leur évolution orbitale. Peut-être que dans quelques millions d'années, cette ronde donnera naissance à un amas ouvert, mais pour l'instant, sept embryons tournent dans une danse commune.
Les sept condensations tiennent dans une région d'environ 1500 unités astronomiques de diamètre, soit moins que la distance du Soleil au nuage d'Oort.
Dans le roman de Liu Cixin, « Le Problème à trois corps », la dynamique chaotique d'un système triple rend la planète inhabitable ; ici, sept protoétoiles dans un disque serré constituent un laboratoire naturel pour étudier une telle dynamique.