Les étoiles se forment dans des nuages « moléculaires », composés notamment de di-hydrogène et de monoxyde de carbone (CO), respectivement les molécules les plus abondantes de l'Univers. Or la signature spectrale de CO permettant de mesurer la masse de ces nuages, il est vite apparu que le taux de formation des étoiles est étroitement lié à la quantité de gaz moléculaire disponible mais que seulement 1 % du gaz moléculaire est converti en étoiles. L'origine de cette inefficacité reste une énigme pour les astrophysiciens depuis près de cinquante ans.
Des observations récentes en ondes submillimétriques réalisées notamment avec l'observatoire spatial Herschel ont révélé que la formation des étoiles se produit principalement dans le gaz moléculaire dense, avec une contribution négligeable du gaz de faible densité. Ainsi, dans le voisinage solaire, la majorité des étoiles de type solaire se forme au sein de filaments de gaz moléculaire froid (environ 10 K) au-dessus d'une densité critique atteignant environ 16 masses solaires par parsec (1 parsec valant 3,26 années-lumière).
Les physiciens veulent désormais savoir si l'efficacité de la formation d'étoiles augmente à mesure que la densité du gaz moléculaire croît dans ces filaments gazeux.
Voir plus loin avec ArTéMiS
Il faut pour cela étudier des nuages plus éloignés et possiblement plus denses. C'est ce qu'a accompli une équipe dirigée par le CEA-Irfu avec la caméra ArTéMiS sur le télescope Atacama Pathfinder Experiment (APEX), au Chili. Les chercheurs ont pu cartographier 49 nuages moléculaires de notre galaxie, formant activement des étoiles, avec une résolution environ quatre fois meilleure que celle d'Herschel et jusqu'à une distance de 3000 parsecs (au lieu de 500 parsecs pour le voisinage solaire exploré en détail par Herschel).
Leur relevé, nommé CAFFEINE (Core And Filament Formation/Evolution In Natal Environments), révèle que la quantité de gaz dense dans ces nuages dépasse de deux ordres de grandeur celle des nuages du voisinage solaire et que l'efficacité de la formation des étoiles ne croît pas avec la densité des nuages. Le taux de formation d'étoiles reste approximativement constant au-delà de la densité critique des filaments (16 masses solaires par parsec).
Ces résultats suggèrent que la formation des étoiles est régulée par les processus physiques régissant la fragmentation des filaments de gaz dense en « protoétoiles ». Pour progresser sur cette voie, il sera essentiel de prendre en compte l'influence du champ magnétique. Les chercheurs prévoient pour cela d'intégrer au plan focal d'ArTéMiS de nouveaux réseaux de détecteurs bolométriques de type B-BOP, actuellement en développement au CEA-Leti.
À noter également que de nouvelles observations avec le télescope spatial James Webb et le grand interféromètre ALMA sont en cours pour mieux comprendre la fragmentation des filaments gazeux en protoétoiles.