​Comment un nuage moléculaire se transforme-t-il en proto-amas stellaire, un nuage encore gazeux mais plus dense en son centre, avant de devenir un amas d'étoiles ? Les astrophysiciens s'efforcent de reconstituer le « film » de la formation d'un amas d'étoiles malgré plusieurs difficultés. En particulier, la puissance de calcul disponible jusque-là ne permettait pas de simuler correctement la métamorphose du nuage en proto-amas. Il était en effet impossible de décrire à la fois la dynamique à petite échelle et le mouvement global du gaz à grande échelle, qui pourtant imprime sa trace sur les étoiles en devenir.

Grâce à des calculateurs massivement parallèles et à un raffinement de maillage adaptatif, des astrophysiciens de l'Irfu sont parvenus à simuler la transformation complète du nuage moléculaire en amas d'étoiles. Ils ont en particulier mis en évidence un proto-amas gazeux dont la structure persiste au cours de la formation des étoiles.

Or des observations ont permis de relever une propriété remarquable de ces proto-amas gazeux : leur masse est proportionnelle au carré de leur rayon, pour des masses totales variant de cent à dix-mille masses solaires.

Les scientifiques ont aussi élaboré un modèle analytique simplifié qui décrit les principaux mécanismes physiques à l'œuvre.  Avec ce modèle, ils ont pu reproduire avec succès la relation entre la masse et le rayon de l'amas, déduite des observations, ainsi que la forme des proto-amas.

La prochaine étape consistera à introduire, dans les simulations numériques, les rétroactions des étoiles sur leur environnement, comme les vents stellaires ou les explosions de supernovae. L'évolution de l'amas pourra ainsi être reconstituée avec encore plus de réalisme.