Nuage moléculaire - Molecular cloud

Un nuage moléculaire , parfois appelé pépinière d' étoiles (si la formation d'étoiles se produit à l'intérieur), est un type de nuage interstellaire dont la densité et la taille permettent l' absorption des nébuleuses , la formation de molécules (le plus souvent de l'hydrogène moléculaire , H 2 ), et la formation des régions H II . Ceci contraste avec d'autres zones du milieu interstellaire qui contiennent principalement du gaz ionisé .

L'hydrogène moléculaire est difficile à détecter par des observations infrarouges et radio, de sorte que la molécule la plus souvent utilisée pour déterminer la présence de H 2 est le monoxyde de carbone (CO). Le rapport entre la luminosité du CO et la masse de H 2 est considéré comme constant, bien qu'il y ait des raisons de douter de cette hypothèse dans les observations de certaines autres galaxies .

Au sein des nuages ​​moléculaires se trouvent des régions de densité plus élevée, où résident beaucoup de poussière et de nombreux noyaux de gaz, appelées amas. Ces amas sont le début de la formation d'étoiles si les forces gravitationnelles sont suffisantes pour provoquer l'effondrement de la poussière et du gaz.

Histoire

La forme de nuages ​​moléculaires par la poussière interstellaire et l'hydrogène gazeux retrace ses liens avec la formation du système solaire , il y a environ 4,6 milliards d'années.

Occurrence

Nuage moléculaire Barnard 68 , distant d'environ 500 ly et de 0,5 ly de diamètre

Dans la Voie lactée , les nuages ​​de gaz moléculaires représentent moins d'un pour cent du volume du milieu interstellaire (ISM), mais c'est aussi la partie la plus dense du milieu, comprenant environ la moitié de la masse totale de gaz à l'intérieur du Soleil . orbite galactique. La majeure partie du gaz moléculaire est contenue dans un anneau entre 3,5 et 7,5 kiloparsecs (11 000 et 24 000 années-lumière ) du centre de la Voie lactée (le Soleil est à environ 8,5 kiloparsecs du centre). Les cartes de CO à grande échelle de la galaxie montrent que la position de ce gaz est en corrélation avec les bras spiraux de la galaxie. Ce gaz moléculaire se produit principalement dans les bras spiraux suggère que les nuages ​​​​moléculaires doivent se former et se dissocier sur une échelle de temps inférieure à 10 millions d'années - le temps qu'il faut au matériau pour traverser la région du bras.

Le nuage moléculaire du cirque a une masse environ 250 000 fois celle du Soleil.

Verticalement au plan de la galaxie, le gaz moléculaire habite le plan médian étroit du disque galactique avec une hauteur d'échelle caractéristique , Z , d'environ 50 à 75 parsecs, beaucoup plus mince que l' atome chaud ( Z de 130 à 400 parsecs) et chaud composants gazeux ionisés ( Z autour de 1000 parsecs) de l'ISM . L'exception à la distribution des gaz ionisés sont les régions H II , qui sont des bulles de gaz ionisé chaud créées dans les nuages ​​moléculaires par le rayonnement intense émis par les jeunes étoiles massives et en tant que telles, elles ont approximativement la même distribution verticale que le gaz moléculaire.

Cette distribution de gaz moléculaire est moyennée sur de grandes distances ; cependant, la distribution à petite échelle du gaz est très irrégulière, la plus grande partie étant concentrée dans des nuages ​​discrets et des complexes nuageux.

Types de nuage moléculaire

Nuages ​​moléculaires géants

Dans quelques millions d'années, la lumière des étoiles brillantes aura fait bouillir ce nuage moléculaire de gaz et de poussière. Le nuage s'est détaché de la nébuleuse de la Carène . Des étoiles nouvellement formées sont visibles à proximité, leurs images rougies par la lumière bleue étant préférentiellement diffusées par la poussière omniprésente. Cette image s'étend sur environ deux années-lumière et a été prise par le télescope spatial Hubble en 1999.
Une partie du nuage moléculaire Taurus

Un vaste assemblage de gaz moléculaire qui a plus de 10 000 fois la masse du Soleil est appelé un nuage moléculaire géant ( GMC ). Les GMC ont un diamètre d'environ 15 à 600 années-lumière (5 à 200 parsecs), avec des masses typiques de 10 000 à 10 millions de masses solaires. Alors que la densité moyenne dans le voisinage solaire est d'une particule par centimètre cube, la densité moyenne d'un GMC est de cent à mille fois plus grande. Bien que le Soleil soit beaucoup plus dense qu'un GMC, le volume d'un GMC est si grand qu'il contient beaucoup plus de masse que le Soleil. La sous-structure d'un GMC est un motif complexe de filaments, de feuilles, de bulles et de touffes irrégulières.

Les filaments sont vraiment omniprésents dans le nuage moléculaire. Les filaments moléculaires denses se fragmenteront en noyaux liés gravitationnellement, dont la plupart évolueront en étoiles. L'accrétion continue de gaz, la courbure géométrique et les champs magnétiques peuvent contrôler la manière détaillée de fragmentation des filaments. Dans les filaments supercritiques, les observations ont révélé des chaînes quasi-périodiques de noyaux denses avec un espacement de 0,15 parsec comparable à la largeur interne du filament.

Les parties les plus denses des filaments et des touffes sont appelées "noyaux moléculaires", tandis que les noyaux moléculaires les plus denses sont appelés "noyaux moléculaires denses" et ont des densités supérieures à 10 4 à 10 6 particules par centimètre cube. D'un point de vue observationnel, les noyaux moléculaires typiques sont tracés avec du CO et les noyaux moléculaires denses sont tracés avec de l' ammoniac . La concentration de poussière dans les noyaux moléculaires est normalement suffisante pour bloquer la lumière des étoiles d'arrière-plan afin qu'elles apparaissent en silhouette comme des nébuleuses sombres .

Les GMC sont si grands que les « locaux » peuvent couvrir une fraction significative d'une constellation ; ainsi, ils sont souvent désignés par le nom de cette constellation, par exemple le nuage moléculaire d'Orion (OMC) ou le nuage moléculaire du Taureau (TMC). Ces GMC locaux sont disposés en un anneau au voisinage du Soleil coïncidant avec la Ceinture de Gould . La collection la plus massive de nuages ​​moléculaires de la galaxie forme un anneau asymétrique autour du centre galactique à un rayon de 120 parsecs ; le plus gros composant de cet anneau est le complexe Sagittaire B2 . La région du Sagittaire est chimiquement riche et est souvent utilisée comme exemple par les astronomes à la recherche de nouvelles molécules dans l'espace interstellaire.

Répartition du gaz moléculaire dans 30 galaxies en fusion.

Petits nuages ​​moléculaires

Les petits nuages ​​moléculaires isolés gravitationnellement avec des masses inférieures à quelques centaines de fois celles du Soleil sont appelés globules de Bok . Les parties les plus denses des petits nuages ​​moléculaires sont équivalentes aux noyaux moléculaires trouvés dans les GMC et sont souvent incluses dans les mêmes études.

Nuages ​​moléculaires diffus à haute latitude

En 1984, l' IRAS a identifié un nouveau type de nuage moléculaire diffus. Il s'agissait de nuages ​​filamenteux diffus visibles aux hautes latitudes galactiques . Ces nuages ​​ont une densité typique de 30 particules par centimètre cube.

Processus

Jeunes étoiles dans et autour du nuage moléculaire Cepheus B. Le rayonnement d'une étoile massive et brillante détruit le nuage (de haut en bas sur cette image) tout en déclenchant simultanément la formation de nouvelles étoiles.

Formation d'étoiles

La formation des étoiles se produit exclusivement au sein des nuages ​​moléculaires. C'est une conséquence naturelle de leurs basses températures et de leurs densités élevées, car la force gravitationnelle agissant pour effondrer le nuage doit dépasser les pressions internes qui agissent « vers l'extérieur » pour empêcher un effondrement. Il existe des preuves que les grands nuages ​​stellaires sont confinés dans une large mesure par leur propre gravité (comme les étoiles, les planètes et les galaxies) plutôt que par la pression externe. La preuve vient du fait que les vitesses « turbulentes » déduites de l'échelle de largeur de raie du CO de la même manière que la vitesse orbitale (une relation virale ).

La physique

L' amas d'étoiles Serpens South est intégré dans un nuage moléculaire filamentaire, vu comme un ruban sombre traversant verticalement l'amas. Ce nuage a servi de banc d'essai pour les études de stabilité des nuages ​​moléculaires.

La physique des nuages ​​moléculaires est mal comprise et très débattue. Leurs mouvements internes sont régis par la turbulence dans un gaz froid et magnétisé , pour lequel les mouvements turbulents sont hautement supersoniques mais comparables aux vitesses des perturbations magnétiques. On pense que cet état perd de l'énergie rapidement, nécessitant soit un effondrement global, soit une réinjection constante d'énergie. Dans le même temps, les nuages ​​sont connus pour être perturbés par un processus - très probablement les effets d'étoiles massives - avant qu'une fraction importante de leur masse ne devienne des étoiles.

Les nuages ​​moléculaires, et en particulier les GMC, sont souvent le foyer des masers astronomiques .

Voir également

Les références

Liens externes