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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