Exemples de globules Bok. Crédit d'image: SAAO. Cliquez pour agrandir.
Notre Soleil existe depuis près de cinq milliards d'années. Tout au long de la majeure partie de son histoire, le Soleil est à peu près apparu comme il le fait aujourd'hui - une vaste sphère de gaz rayonnant et de poussière éclairée par incandescence par la chaleur libérée par la fusion de l'hydrogène près de son noyau. Mais avant que notre Soleil ne prenne forme, la matière devait être réunie à partir du milieu interstellaire (ISM) et compactée dans une région suffisamment petite pour passer un équilibre critique entre davantage de condensation et la stabilité. Pour que cela se produise, un équilibre délicat entre la pression interne exercée vers l'extérieur et l'influence gravitationnelle se déplaçant vers l'intérieur a dû être surmonté.
En 1947, l'astronome d'observation de Harvard Bart Jan Bok a annoncé le résultat d'années d'étude d'un sous-ensemble important de gaz froids et de poussières souvent associés à une nébulosité prolongée. Bok a suggéré que certains globules isolés et distincts obscurcissant la lumière de fond dans l'espace étaient en fait la preuve d'une étape préliminaire importante dans la formation de disques protostellaires conduisant à la naissance d'étoiles telles que notre soleil.
Après l'annonce de Bok, de nombreux modèles physiques ont émergé pour expliquer comment les globules de Bok pouvaient former des étoiles. Typiquement, ces modèles partent de l'idée que la matière se rassemble dans des régions de l'espace où le milieu interstellaire est particulièrement dense (sous forme de nébulosité), froid et soumis à la pression de rayonnement des étoiles voisines. À un certain point, suffisamment de matière peut se condenser dans une région suffisamment petite pour que la gravitation surmonte la pression du gaz et l'équilibre bascule en faveur de la formation d'étoiles.
Selon le document «Near Infrared Imaging Survey of Bok Globules: Density Structure», publié le 10 juin 2005, Ryo Kandori et une équipe de quatorze autres chercheurs «suggèrent qu'une sphère de Bonner-Ebert presque critique caractérise la densité critique des globules sans étoiles».
Le concept d'une sphère de Bonner-Ebert trouve son origine dans l'idée qu'un équilibre des forces peut exister au sein d'un nuage idéalisé de gaz et de poussière. Une telle sphère est tenue pour avoir une densité interne constante tout en maintenant l'équilibre entre la pression d'expansion causée par des gaz d'une température et d'une densité données et l'influence gravitationnelle de sa masse totale assistée par tout gaz ou pression de rayonnement exercée par les étoiles voisines. Cet état critique concerne le diamètre de la sphère, sa masse totale et la quantité de pression générée par la chaleur latente en son sein.
La plupart des astronomes ont supposé que le modèle de Bonner-Ebert - ou une variante de celui-ci - s'avérerait finalement précis pour décrire le moment où un globule Bok particulier franchit la ligne pour devenir un disque protostellaire. Aujourd'hui, Ryo Kandori et al ont rassemblé suffisamment de preuves à partir d'une variété de globules Bok pour suggérer fortement que cette notion est correcte.
L'équipe a commencé par sélectionner dix globules Bok pour l'observation en fonction de leur petite taille apparente, de leur forme quasi circulaire, de la distance de la nébulosité voisine, de la proximité de la Terre (à moins de 1700 LY) et de l'accessibilité aux instruments de collecte d'ondes infrarouges et radioélectriques situés dans les hémisphères nord et sud. Sur une liste de près de 250 de ces globules, seuls ceux répondant aux critères ci-dessus ont été inclus. Parmi ceux sélectionnés, un seul a montré des signes d'un disque protostellaire. Ce disque unique a pris la forme d'une source ponctuelle de lumière infrarouge détectée lors d'un relevé tout ciel effectué par l'IRAS (Infrared Astronomy Satellite - un projet conjoint des États-Unis, du Royaume-Uni et des Pays-Bas). Les dix globules étaient tous situés dans des régions riches en étoiles et en nébulosité de la Voie lactée.
Une fois les globules Bok candidats sélectionnés, l'équipe a soumis chacun d'eux à une batterie d'observations conçues pour déterminer leur masse, leur densité, leur température, leur taille et, si possible, la quantité de pression appliquée sur eux par l'ISM et la lumière des étoiles voisine. Une considération importante était de déterminer s'il y avait des variations de densité à travers le globule. La présence d'une pression uniforme est particulièrement importante lorsqu'il s'agit de déterminer lequel des divers modèles théoriques correspond le mieux à la constitution des modules eux-mêmes.
En utilisant un instrument au sol (l'IRSF de 1,4 mètre de l'Observatoire astronomique d'Afrique du Sud) en 2002 et 2003, de la lumière proche infrarouge dans trois bandes différentes (J, H et K) a été collectée de chaque globule jusqu'à la magnitude 17 plus. Les images ont ensuite été intégrées et comparées à la lumière provenant de la région d'étoile de fond. Ces données ont été soumises à plusieurs méthodes d'analyse pour permettre à l'équipe de dériver la densité de gaz et de poussière à travers chaque globule jusqu'au niveau de résolution pris en charge par les conditions de vision (environ une seconde d'arc). Ce travail a essentiellement déterminé que chaque globule présentait un gradient de densité uniforme basé sur sa distribution tridimensionnelle projetée. Le modèle de sphère de Bonner-Ebert ressemblait à un très bon match.
L'équipe a également observé chaque globule à l'aide du radiotélescope de 45 mètres de l'observatoire radio de Nobeyama à Minamisaku, Nagano, au Japon. L'idée ici était de collecter des fréquences radio spécifiques associées à N2H + et C18O excités. En regardant la quantité de flou dans ces fréquences, l'équipe a pu déterminer la température interne de chaque globule qui, avec la densité du gaz, peut être utilisée pour approximer la pression de gaz interne à chaque globule.
Après avoir recueilli les données, les avoir soumises à une analyse et quantifié les résultats, l'équipe «a constaté que plus de la moitié des globules sans étoiles (7 sur 11 sources) sont situés près de l'état critique (Bonner-Ebert). Ainsi, nous suggérons qu'une sphère de Bonner-Ebert presque critique caractérise la structure de densité typique des globules sans étoiles. » De plus, l'équipe a déterminé que trois globules Bok (Coalsack II, CB87 et Lynds 498) sont stables et clairement pas en train de se former des étoiles, quatre (Barnard 66, Lynds 495, CB 161 et CB 184) sont en équilibre près de l'écurie Bonner- Etat d'Ebert mais tendant vers la formation d'étoiles sur la base de ce modèle. Enfin, les six autres (FeSt 1-457, Barnard 335, CB 188, CB 131, CB 134) se dirigent clairement vers un effondrement gravitationnel. Ces six «étoiles en devenir» comprennent les globules CB 188 et Barnard 335 déjà connus pour posséder des disques protostellaires.
N'importe quel jour relativement sans nuages, il ne faut pas beaucoup d'instrumentation pour prouver qu'un «globule Bok» très unique et important existant il y a environ 5 milliards d'années a réussi à faire pencher la balance et à devenir une star en devenir. Notre Soleil est la preuve infaillible que la matière - une fois suffisamment condensée - peut amorcer un processus qui ouvre de nouvelles possibilités extraordinaires.
Écrit par Jeff Barbour
