Analyse moléculaire d’un candidat cœur pré-stellaire massif

Figure 1 : Image d’une région de la Galaxie dans la constellation de l’Aigle obtenue en infra-rouge avec le satellite Herschel. Deux régions de formation stellaire sont visibles, G29.9 au centre et W43 à gauche. Des centaines d’étoiles de toutes tailles, de masses similaires à notre Soleil à des étoiles de plusieurs dizaines de fois plus grosses, y naissent. La carte de l’émission continuum obtenue avec ALMA en direction de W43-MM1 permet d’identifier de nombreux cœurs denses qui vont ou sont en train de former des étoiles.

Alors que le scénario de formation des étoiles de faible masse est bien connu, la formation des étoiles massives (plus de 8 fois la masse du Soleil) pose toujours problème. Pour une étoile de faible masse, la contraction gravitationnelle d’un nuage moléculaire et sa fragmentation vont créer des cœurs pré-stellaires (enveloppes denses de gaz sans étoile), puis des cœurs proto-stellaires où l’embryon d’étoile enfoui dans l’enveloppe de gaz moléculaire va grossir par accrétion de la matière environnante. Pour les étoiles massives, malgré des efforts observationnels considérables déployés au cours des 10 dernières années, l’existence même de cœurs pré-stellaires de masse élevée reste un sujet de débat. Les cœurs pré-stellaires massifs sont le point de départ dans le modèle « de cœur turbulent » pour former les étoiles de grande masse, alors que pour des modèles plus dynamiques, notamment le modèle « d’accrétion compétitive », cette phase peut être sautée.  Pour mieux comprendre la formation des étoiles massives, il est donc nécessaire de découvrir puis d’étudier ces phases dites « précoces », car c’est vraisemblablement lors de ces étapes que la masse finale de l’étoile est déterminée.

C’est ainsi que nous nous intéressons à l’une des régions de la Voie Lactée la plus active en formation d’étoiles, le complexe moléculaire W43 (ou Westerhout 43), situé à environ 18000 années-lumière du Soleil dans la constellation de l’Aigle, et plus particulièrement à W43-MM1 (voir Fig. 1), le fragment le plus massif de ce nuage où règnent des conditions extrêmes de formation d’étoiles. Alors que très peu de candidats cœurs pré-stellaires massifs ont été signalés et que leur statut est souvent flou, nous avons récemment identifié un nouveau et excellent candidat dans le filament hyper-massif W43-MM1 (Nony et al. 2018). La région contient de nombreux cœurs massifs de taille 2000 unités astronomiques allant jusqu’à environ 100 fois la masse du Soleil, dont un cœur de masse élevée (60 masses solaires) qui ne montre aucune signature typique de formation d’étoiles. Pour confirmer la nature pré-stellaire de ce cœur, nous avons étudié ses conditions physiques et son environnement par le biais d’une analyse détaillée de son contenu moléculaire.
Figure 2 : Spectres obtenus avec ALMA en direction de 3 cœurs denses de W43-MM1. Alors que les cœurs 3 et 9 présentent un contenu moléculaire riche typique des cœurs chauds proto-stellaires massifs, le cœur 6 ne montre aucun signe de formation d’étoiles et est pauvre en émission moléculaire. Il apparaît comme un très bon candidat de cœur pré-stellaire massif.
L’interféromètre ALMA permet maintenant d’atteindre la résolution spatiale nécessaire pour caractériser les cœurs situés dans les régions de formation d’étoiles massives qui sont souvent éloignées. Nous avons ainsi utilisé des données des cycles 2 et 3, à des fréquences autour de 230 GHz, qui nous ont permis d’avoir une résolution spatiale de 0,5’’, soit environ 2400 unités astronomiques. Nous avons comparé la composition moléculaire du cœur pré-stellaire potentiel à celle d’un cœur voisin, de même taille et de même masse, mais qui est déjà dans une phase proto-stellaire plus avancée, ainsi qu’à la composition d’autres régions de formation d’étoiles massives et de faibles masses (voir Fig. 2).
Nos résultats montrent que ce cœur peut être un cœur pré-stellaire massif ou qu’il est au tout début d’une phase proto-stellaire de formation d’étoile massive. Des observations avec une plus grande bande spectrale seront encore nécessaires pour confirmer ou non l’absence d’un petit cœur chaud comme ceux trouvés pour les étoiles de faible masse. Il apparaît néanmoins comme un objet unique.

Contact au LAB : Jordan Molet, équipe Formation stellaire (FS).
Pour aller plus loin : Nony, T., Louvet, F., Motte, F., Molet, J. et al. 2018, A&A, 618, L5