La formation des étoiles massives

Les étoiles massives se forment vraisemblablement par accrétion, lors de l’effondrement gravitationnel de régions denses au sein de vastes nuages interstellaires. Leurs propriétés essentielles, telles que leur masse et leur moment cinétique, résultent de l’hydrodynamique complexe qui entre en jeu dans l’effondrement.

En raison de leur luminosité élevée, les étoiles massives exercent un fort feedback radiatif sur le gaz et la poussière qui les entourent au cours de leur formation. En particulier, leur rayonnement ultraviolet peut ioniser des régions très étendues de leur voisinage, et de ce fait perturber le processus d’accrétion. Or l’intensité du flux ionisant de l’étoile dépend sensiblement du processus d'accrétion. [Publications: Haemmerlé et al. (2016); Haemmerlé & Peters (2016)]

Par conservation du moment cinétique, on s’attend à ce que le gaz interstellaire soit accrété par l'étoile sous la forme d'un disque. Des mécanismes d'extraction du moment cinétique (viscosité, champs magnétiques, moments de force gravitationnels induits par la formation de bras spiraux) sont nécessaires, sinon l’étoile tournerait si vite qu’elle atteindrait la vitesse critique à laquelle la force centrifuge prend le dessus sur la force de gravité et détruit l’étoile. Pour que le gaz du disque soit accrété par l’étoile, ces mécanismes doivent être suffisamment efficaces pour extraire plus des 2/3 du moment cinétique du disque interne. [Haemmerlé et al. (2017)]

Étoiles supermassives : les étoiles les plus massives de l'histoire de l'Univers ?

La découverte récente de quasars à hauts redshifts, abritant des trous noirs supermassifs, défie notre compréhension de l'univers primordial. L'accumulation d'un milliard de masses solaires dans un objet compact en moins d'un milliard d'années nécessite des conditions extrêmes. Le scénario le plus prometteur pour la formation de tels objets est l'effondrement direct d'un halo primordial.  Dans ce scénario, le progéniteur direct du trou noir est une étoile supermassive, de l'ordre de 300'000 fois la masse du Soleil. À de telles masses, les corrections dues à la relativité générale déclenchent l’effondrement de l'étoile et la naissance du trou noir. [Woods et al. (2017); Haemmerlé et al. (2018a)]

La mort des étoiles supermassives pourrait être le seul signe qu'elles nous laissent de leur vie. Les hautes énergies impliquées dans l'effondrement d'objets si massifs pourraient en effet conduire à l'émission d'ondes gravitationnelles ou de sursauts gamma ultra-longs potentiellement détectables. Mais ceci dépend des propriétés rotationnelles de l'étoile, qui sont liées au processus d'accrétion. [Haemmerlé et al. (2018b); Haemmerlé & Meynet (2019)]