Une équipe de chercheurs a lancé conjointement le projet ALMA Survey of Star formation and Evolution of Massive Protoclusters with Blue-profiles (ASSEMBLE). Ils ont révélé la croissance de la masse et de la densité des membres du cluster, ainsi que la proximité et la ségrégation de masse croissantes à mesure que les clusters évoluent, et ont proposé un scénario complet de formation et d'évolution pour ces protoclusters massifs.
Comprendre l’agrégation de masse, y compris les processus de fragmentation et d’accrétion, est un défi en raison de la nature dépendant du temps et donc dynamique de ces processus. Les observations n'offrent qu'une série d'instantanés de la durée de vie entière des protoclusters massifs.
Les prédictions des modèles théoriques et des simulations numériques avec les observations d'amas massifs à travers un large éventail d'étapes évolutives ont été comparées. Les recherches axées sur des cas ou des étapes spécifiques ont fourni des informations précieuses.
La nouvelle étude a été menée par des scientifiques de l'Observatoire astronomique de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences (CAS), de l'Observatoire astronomique national de la CAS, de l'Université de Pékin, de l'Université du Yunnan, de l'Université de Guangzhou et d'autres institutions.
ASSEMBLE a utilisé le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama pour observer 11 régions massives de formation d'étoiles avec une intégration profonde et une grande mosaïque. Onze amas massifs avec des régions HII ultra-compactes (UC) ont servi d'échantillon pilote. On pense que ces amas hébergent des protoclusters massifs à un stade avancé, en tant que versions évoluées de 12 amas sombres infrarouges massifs sans étoiles dans un autre projet appelé ALMA Survey of 70-um Dark High-mass Clumps in Early Stages (ASHES).
"Nous sommes ravis de trouver une résolution angulaire, une sensibilité et un champ de vision très cohérents entre deux observations, ce qui est le meilleur pour les études comparatives", a déclaré Xu Fengwei, le premier auteur de l'article.
L'équipe ASSEMBLE a recensé 248 noyaux denses dans les 11 protoclusters et a découvert que les protoclusters ASSEMBLE à un stade avancé présentent une augmentation systématique de la masse du noyau dense et de la densité superficielle par rapport aux protoclusters ASHES au stade précoce.
L’équipe a également trouvé une corrélation claire dans l’échantillon ASSEMBLE, entre la masse de la touffe et la masse du noyau la plus massive, mais non observée dans l’échantillon ASHES, ce qui indique une co-évolution régulée par une accrétion de masse continue de la touffe à l’échelle du noyau.
De plus, l’équipe ASSEMBLE a découvert que les noyaux denses des protoclusters ASSEMBLE présentent une proximité nettement plus proche que ceux des protoclusters ASHES.
Cette découverte concorde avec les prédictions d'un modèle dynamique théorique dans lequel les noyaux denses sont entraînés vers l'intérieur par le potentiel gravitationnel de l'amas massif parent.
"Un tel modèle prévoit une accrétion de masse rapide à l'échelle des touffes, exactement comme le montre notre étude des lignes APEX HCN (4-3) et CO (4-3)", a déclaré Liu Tie de l'Observatoire astronomique de Shanghai.
Dans les amas d’étoiles, les étoiles échangent fréquemment de l’énergie cinétique via des interactions binaires, conduisant à une répartition égale de cette énergie. En conséquence, les étoiles de plus grande masse perdent de l’énergie et coulent vers le centre de l’amas, tandis que les étoiles de plus petite masse, gagnant de l’énergie, se répartissent davantage à la périphérie.
Ce phénomène est appelé ségrégation de masse. Le débat persiste quant à savoir si la ségrégation de masse est purement un effet dynamique ou si elle est héritée des protocoles primordiaux. Seul un nombre limité d’équipes de recherche ont recherché ce que l’on appelle la « ségrégation massive primordiale ».
Récemment, l’équipe ASHES n’a signalé aucune ségrégation de masse primordiale perceptible au stade initial de la formation d’amas d’étoiles massifs. Cependant, il a signalé qu'un nombre important de protocoles ASSEMBLE présentent une ségrégation massive évidente.
Plus intéressant encore, une telle évolution dynamique de la ségrégation de masse, observée à la fois par ASHES et ASSEMBLE, ne peut pas être expliquée par un pur effet dynamique puisque l’échelle de temps de relaxation dynamique du système est bien plus longue que la durée de vie de ces protocoles.
En revanche, la ségrégation de masse observée s'aligne bien avec le modèle « d'accrétion compétitive » dans lequel les noyaux ont tendance à accumuler plus de masse au sein de potentiels gravitationnels plus profonds.
"La ségrégation de masse primordiale observée a mis en lumière le problème de la ségrégation de masse dans les amas d'étoiles, et elle change également la vision traditionnelle de l'origine de la ségrégation de masse", a déclaré Xu.
Sur la base des résultats ci-dessus, l'équipe ASSEMBLE a proposé une perspective dynamique complète sur l'évolution massive des protoclusters . Au stade initial, le protocluster provient de la fragmentation thermique de Jeans, avec une large séparation et aucune ségrégation de masse. Par la suite, les structures filamenteuses agissent comme des « bandes transporteuses » et facilitent le transfert de masse vers les noyaux, grâce auquel la connexion entre la touffe et le noyau s'établit progressivement.
Parallèlement, des protoétoiles se forment à partir de noyaux denses, entraînant un échauffement de gaz et de poussières, et des amas passant à un état faible dans l'infrarouge. En raison des effets de l'effondrement et de la contraction gravitationnelle globale persistante, le protocole devient encore plus serré avec des séparations de noyau plus étroites et la ségrégation de masse s'accumule à un stade avancé.
Cette étude offre une compréhension plus complète de la trajectoire évolutive des protoclusters massifs. L’équipe ASSEMBLE s’engage dans une démarche visant à capturer chaque instant de la vie des protoclusters.
Plus d'informations : Fengwei Xu et al, The ALMA Survey of Star Formation and Evolution in Massive Protoclusters with Blue Profiles (ASSEMBLE) : Core Growth, Cluster Contraction, and Primordial Mass Segregation, The Astrophysical Journal Supplement Series (2023). DOI : 10.3847/1538-4365/acfee5
Liu Jia, Académie chinoise des sciences
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire