La formation du gaz dense à l'origine des étoiles de faible et de haute masse

Abstract

Pour comprendre la formation des étoiles, il faut étudier les processus physiques qui forment le gaz froid et dense dans le milieu interstellaire. Le télescope spatial Herschel a récemment démontré que la majorité du gaz froid et dense est formée de structures filamentaires (des filaments).Dans cette thèse, plusieurs raies de CO ont été observées avec le télescope APEX autour du filament de Musca. Ces observations ont été complémentées par des observations [CII] et [OI] avec le télescope SOFIA. La non-détection de [CII] démontre que le nuage de Musca est situé dans un champ de radiation UV faible (1 G0). Par contre, les observations de CO(4-3) avec APEX montrent qu'il y a du gaz CO chauffé (> 50 K) autour du filament que l'irradiation UV ne peut pas expliquer. La comparaison avec des modèles de chocs indique que l'émission CO(4-3) doit alors être le résultat d'un choc J à basse vitesse (< 4 km/s). L'analyse du spectre CO(4-3) montre aussi que l'émission venant du choc ressemble à une signature de choc d'accrétion. Cette observation suggère qu'un choc à basse vitesse, dû à une accrétion continue, est responsable de la formation du gaz dense et froid du filament de Musca.Ce scénario d'accrétion du filament de Musca est de plus étudié à grandes échelles dans les raies CO(2-1) et CO(1-0) obtenues avec les télescopes APEX et NANTEN2. Ces observations montrent un gradient de vitesse sur la crête de Musca qui est correlé avec le champ de vitesse autour du filament. L'analyse globale des observations de Musca montre une asymétrie à la fois spatiale et cinématique. Cette asymétrie est vue comme une forme en V dans le diagramme position-vitesse perpendiculaire au filament. L'inclusion d'observations du gaz neutre HI dans l'analyse confirme que Musca fait partie d'un nuage HI plus grand, le complex Chamaeleon-Musca. Le HI montre aussi que l'asymétrie cinématique est présente des grandes échelles du nuage HI jusqu'aux petites échelles de la crête du filament de Musca. En comparant le HI avec les vitesses CO de Cha I, Cha II et Cha III, on constate que l'asymétrie cinématique est présente pour toutes les régions denses du complexe de Chamaeleon-Musca. Ce scénario d'accrétion asymétrique, qui est observé, est reproduit dans des simulations d'une collision de nuages magnétisés. Dans ce scénario, c'est la déformation du champ magnétique qui est responsable de l'accrétion asymétrique. La formation du filament Musca serait ainsi due à la convergence de deux flots de matière guidée par la courbure du champ magnétique provoquée par la collision des nuages HI à grande échelle.Dans la dernière partie, la cinématique du nuage massif DR21, qui forme des étoiles massives, est étudiée pour comparer la formation des étoiles massives à celle des étoiles de faible masse. Le nuage DR21 montre une asymétrie en V similaire à celle de Musca, ce qui indique que le nuage DR21 est aussi formé par une collision de nuages moléculaires mais avec une vitesse de collision plus importante que pour Musca. Les observations indiquent de plus que la formation des étoiles massives dans le nuage DR21 serait la conséquence directe de la prédominance de la gravité à grande échelle (> 1 pc) du gaz dense en contraste avec Musca pour lequel la gravité ne dominerait qu'aux plus petites échelles (< 0.1-0.2 pc). L'analyse cinématique globale de toute la région du Cygne montre que toute la région résulte de la même collision de nuages. Cette observation indique que c'est une collision de nuages à grande vitesse (> 10 km/s) qui pourrait expliquer la formation d'une association d'étoiles OB de plusieurs milliers d'étoiles. Dans ce scénario, les étoiles massives (OB) se formeraient dans les structures denses et massives (hubs et ridges) formées aux convergences dues à la collision à grande vitesse de nuages, et où la gravité à grande échelles domine la cinématique et l'évolution du gaz dense.