Des champs magnétiques au cœur des Piliers de la création

Une équipe internationale, appelée «consortium BISTRO» (B-Fields in Star-Forming Region Observations) et dont fait partie Pierre Bastien, professeur à l’Université de Montréal et membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec, a cartographié pour la première fois le champ magnétique au sein du gaz dense des Piliers de la création. Les observations ont été obtenues grâce à un imageur de polarisation à haute résolution, installé sur le radiotélescope submillimétrique James Clerk Maxwell (JCMT), qui permet de mesurer l’axe de vibration des ondes électromagnétiques.

Les Piliers de la création, d’un âge estimé à un peu plus d’un million d’années, situés au cœur de la région de formation d'étoiles de Messier (M16), également connue sous le nom de nébuleuse de l'Aigle, représentent l'une des images les plus emblématiques prises par le télescope spatial Hubble (HST). Il s’agit d’un ensemble de colonnes de gaz froid et dense faisant saillie dans une région de plasma ionisé chaud. Ces colonnes renferment des pépinières de nouvelles étoiles qui se forment près des extrémités et sont un exemple particulièrement spectaculaire d'une caractéristique qu'on retrouve dans de nombreuses régions de l'espace interstellaire où naissent des étoiles de grande masse.

Ce sont les premières observations à haute résolution des Piliers de la création obtenues en lumière polarisée à des longueurs d'onde submillimétriques – la lumière submillimétrique étant à la limite des ondes infrarouges et radio du spectre électromagnétique, où la poussière dense et froide et le gaz qui composeront la prochaine génération d'étoiles émettent le plus de rayonnement. La lumière produite par ces régions poussiéreuses est polarisée perpendiculairement à la direction de son champ magnétique local et permet de sonder directement la morphologie du champ magnétique à l’intérieur du gaz dense des Piliers de la création. Les observations ont été obtenues à une longueur d'onde de 0,85 mm dans le cadre du sondage BISTRO grâce au polarimètre POL-2, dont Pierre Bastien est le chercheur principal, et à la caméra submillimétrique SCUBA-2 du JCMT. Elles montrent que le champ magnétique s'étend sur la longueur des Piliers, à un angle significativement différent de celui du champ dans le plasma ionisé environnant, et a une intensité estimée à environ de 170 à 320 microgauss (de 1,7 à 3,2 × 10^-8 tesla), une force de champ magnétique intermédiaire pour une région où se forment des étoiles. Par comparaison, le champ magnétique terrestre est d’environ un demi-gauss.

Les jeunes étoiles chaudes, dont la masse est plus de huit fois celle du Soleil, émettent un grand nombre de photons de haute énergie. Ces photons énergétiques ionisent une partie de la région dans laquelle ils se forment, en arrachant l’électron du proton dans les atomes d'hydrogène. À mesure que le front de l’onde de choc, engendrée par la rencontre de la matière ionisée par les jeunes étoiles avec la matière neutre, progresse, des structures complexes se créent dans le gaz dense situé à l'interface. En particulier, des piliers de gaz plus dense et neutre comme ceux de M16 donnent naissance à une saillie dans la région ionisée, apparemment laissés intacts par l’avancée de l’onde de choc. La formation et l'évolution de ces piliers ne sont pas bien comprises – le débat se poursuit quant à savoir s’ils se forment derrière des obstacles de l’onde de choc ou s'ils peuvent se constituer à partir d'instabilités turbulentes dans l’onde de choc elle-même. Le rôle du champ magnétique dans la constitution des piliers est particulièrement incertain, surtout que les mesures du champ magnétique dans les parties denses des piliers n’avaient jamais été obtenues jusqu'à présent.

Les observations du champ magnétique, tout le long des piliers, vont dans le sens de l’hypothèse que ceux-ci résultent de la compression du gaz par un faible champ magnétique initial: ce champ magnétique de faible intensité est entraîné par les mouvements du gaz jusqu’à atteindre la configuration qui est observée actuellement. Cependant, l'intensité du champ magnétique semble avoir été augmentée par compression lors de la formation des piliers. L'intensité mesurée du champ magnétique est suffisante pour contrer l’effondrement radial des piliers sous la pression du plasma chaud environnant et empêche les piliers de s'effondrer sous l’effet de leur propre gravité. Cependant, il est important de noter que l’onde de choc qui crée les piliers est aussi à l’origine de leur destruction: en effet, l’intensité mesurée du champ magnétique n'est pas suffisante pour empêcher l’érosion progressive des extrémités des piliers par le rayonnement des jeunes étoiles de la région. Les résultats indiquent que l'évolution et la durée de vie des piliers peuvent ainsi être fortement influencées par la force et l'orientation de leur champ magnétique: la longévité des piliers résulte donc de l’intensité du champ magnétique.