Simulation des restes de supernova et de la formation d’étoiles à l’aide d’un laser de forte puissance dans un laboratoire terrestre

Nébuleuse d'explosion de supernova

Animation montrant la formation d’un reste de supernova.

Un laser de forte puissance et une balle en mousse montrent comment les ondes de choc d’un reste de supernova peuvent déclencher la formation d’étoiles dans un nuage moléculaire.

Les nuages moléculaires sont des collections de gaz et de poussière dans l’espace. Lorsqu’ils sont laissés à eux-mêmes, les nuages restent dans un état d’équilibre pacifique.

Mais lorsqu’ils sont déclenchés par un agent extérieur, comme des restes de supernova, des ondes de choc peuvent se propager à travers le gaz et la poussière pour créer des poches de matière dense. À une certaine limite, ce gaz et cette poussière denses s’effondrent et commencent à former de nouvelles étoiles.

Les observations astronomiques n’ont pas la résolution spatiale nécessaire pour observer ces processus, et les simulations numériques sont incapables de gérer les complexités de l’interaction entre les nuages et les restes de supernova. Par conséquent, le déclenchement et la formation de nouvelles étoiles de cette manière restent en grande partie entourés de mystère.

Dans le journal Matière et rayonnement aux extrêmespar AIP Publishing en partenariat avec l’Académie chinoise d’ingénierie physique, des chercheurs de l’Institut polytechnique de Paris, de l’Université libre de Berlin, de l’Institut commun pour les hautes températures de l’Académie des sciences de Russie, de l’Institut d’ingénierie physique de Moscou, du Commissariat français aux énergies alternatives et à l’énergie atomique, de l’Institut de recherche de l’Académie des sciences de Moscou, de l’Institut de recherche de l’Académie des sciences de Moscou et de l’Institut d’ingénierie physique de Moscou. Université d’Oxfordet l’Université d’Osaka ont modélisé l’interaction entre les restes de supernova et les nuages moléculaires à l’aide d’un laser de forte puissance et d’une boule de mousse.

La balle en mousse représente une zone dense au sein d’un nuage moléculaire. Le laser haute puissance crée une onde de choc qui se propage dans une chambre de gaz environnante et dans la boule, où l’équipe a observé la compression à l’aide d’images aux rayons X.

Evolution d'un nuage massif

Illustration de l’évolution d’un nuage massif qui indique l’importance de la propagation des SNR dans la formation de nouvelles étoiles. Crédit : Albertazzi et al.

“Nous regardons vraiment le début de l’interaction”, a déclaré l’auteur Bruno Albertazzi. “De cette façon, on peut voir si la densité moyenne de la mousse augmente et si l’on va commencer à former des étoiles plus facilement.”

Les mécanismes de déclenchement de la formation d’étoiles sont intéressants à plusieurs échelles. Ils peuvent avoir un impact sur le taux de formation d’étoiles et l’évolution d’une galaxie, aider à expliquer la formation des étoiles les plus massives, et avoir des conséquences dans notre propre système solaire.

“Notre nuage moléculaire primitif, où le soleil s’est formé, a probablement été déclenché par des restes de supernova”, a déclaré l’auteur Albertazzi. “Cette expérience ouvre une voie nouvelle et prometteuse pour l’astrophysique de laboratoire afin de comprendre tous ces points majeurs.”

Alors qu’une partie de la mousse s’est comprimée, une autre s’est également étirée. Cela a modifié la densité moyenne du matériau. À l’avenir, les auteurs devront donc tenir compte de la masse étirée pour mesurer réellement le matériau comprimé et l’impact de l’onde de choc sur la formation des étoiles. Ils prévoient d’explorer l’influence du rayonnement, du champ magnétique et de la turbulence.

“Ce premier article visait vraiment à démontrer les possibilités de cette nouvelle plate-forme, ouvrant ainsi un nouveau sujet qui pourrait être étudié à l’aide de lasers de haute puissance”, a déclaré Albertazzi.

Référence : “Déclenchement de la formation d’étoiles : Experimental compression of a foam ball induced by Taylor-Sedov blast waves” par B. Albertazzi, P. Mabey, Th. Michel, G. Rigon, J. R. Marquès, S. Pikuz, S. Ryazantsev, E. Falize, L. Van Box Som, J. Meinecke, N. Ozaki, G. Gregori et M. Koenig, 12 avril 2022, Matière et rayonnement aux extrêmes.
DOI : 10.1063/5.0068689

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