Les astronomes créent la première carte 3D des phases de température dans le milieu interstellaire local
L’espace entre les étoiles n’est pas vide. C’est un milieu dynamique et multiphasique où le gaz circule entre des nuages chauds diffus et des pépinières froides denses, et où les germes des futures étoiles sont façonnés par des forces que les astronomes commencent seulement à cartographier en trois dimensions.
Une équipe dirigée par Jonathan Shelest et Shmuel Bialy a produit la première reconstruction tridimensionnelle des phases thermiques dans le milieu interstellaire local (MIS), couvrant une région de 1 kiloparsec (3 260 années-lumière) de diamètre centrée sur le Soleil. L’outil, appelé P3D, échantillonne le MIS sur une grille de 2 parsecs et combine des cartes 3D haute résolution de l’extinction de la poussière, du rayonnement ultraviolet lointain interstellaire et d’un modèle thermochimique du MIS neutre.
L’étude, soumise à Nature Astronomy, révèle une image bien plus complexe que la simple dichotomie chaud-froid qui a longtemps servi de modèle standard.
Une architecture multiphasique
La reconstruction montre des nuages neutres froids entourés d’enveloppes thermiquement instables, tous intégrés dans un milieu neutre chaud omniprésent. Dans un rayon de 150 parsecs (490 années-lumière) du plan médian galactique, environ 41 % de la masse neutre détectée par la poussière est thermiquement instable, ce qui signifie qu’elle existe à des températures et densités où elle peut rapidement transitionner entre les phases.
Cette instabilité implique que le MIS local alterne entre états chaud et froid sur des échelles de temps d’environ 2,9 millions à 6 millions d’années, un clin d’œil à l’échelle galactique. Cette alternance est alimentée par une combinaison de refroidissement, de turbulence et d’exposition au rayonnement ultraviolet des étoiles voisines.
Remettre en question les modèles de formation stellaire
L’une des découvertes les plus surprenantes est que la phase froide présente une distribution de densité remarquablement étroite, avec des nombres de Mach internes tout au plus transsoniques, ce qui signifie que les mouvements de gaz dans les nuages froids ne dépassent pas la vitesse du son, avec des nombres de Mach inférieurs à 1,5.
Ce résultat remet en question les modèles de formation stellaire qui supposent un champ de densité de gaz froid monophasique fortement supersonique, où la turbulence supersonique domine la structure des nuages moléculaires. Si le MIS froid dans le voisinage solaire n’est que modérément turbulent, les modèles de la façon dont le gaz s’effondre en étoiles pourraient devoir être révisés.
Cartographier l’invisible
Le milieu interstellaire a été étudié statistiquement par des observations radio à 21 centimètres pendant des décennies, fournissant une image des phases de gaz neutre moyennées sur de grands volumes. Ce que P3D apporte, c’est la structure spatiale : l’architecture tridimensionnelle réelle des nuages, des enveloppes et du milieu chaud qui les sépare.
La reconstruction révèle des caractéristiques asymétriques de faible brillance de surface autour de la région cartographiée qui sont spatialement corrélées avec des perturbations dans l’environnement galactique plus large, suggérant que même le MIS local, la bulle d’espace entourant immédiatement notre système solaire, est façonné par des événements se produisant bien au-delà.
L’outil P3D et les données sont disponibles pour la communauté astronomique au sens large, ouvrant la voie à des reconstructions comparables d’autres régions proches de la galaxie. Comme le notent Shelest et Bialy, comprendre où et comment le gaz circule entre les phases est essentiel pour comprendre où et comment les étoiles naissent.
Traduit par Lydie