Lionel Haemmerlé

Dr Lionel Haemmerlé

Collaborateur externe

La formation des étoiles massives

Les étoiles massives se forment vraisemblablement par accrétion, lors de l’effondrement gravitationnel de régions denses au sein de vastes nuages interstellaires. Leurs propriétés essentielles, telles que leur masse et leur moment cinétique, résultent de l’hydrodynamique complexe qui entre en jeu dans l’effondrement.

En raison de leur luminosité élevée, les étoiles massives exercent un fort feedback radiatif sur le gaz et la poussière qui les entourent au cours de leur formation. En particulier, leur rayonnement ultraviolet peut ioniser des régions très étendues de leur voisinage, et de ce fait perturber le processus d’accrétion. Or l’intensité du flux ionisant de l’étoile dépend sensiblement du processus d'accrétion. [Haemmerlé et al. 2016, A&A 585 A65; Haemmerlé & Peters 2016, MNRAS 458 3299; Haemmerlé et al. 2019, A&A 624 A137; Meyer et al. 2019, MNRAS 484 2482; Meyer et al. 2019, MNRAS 487 4473; Jaura et al. 2022, MNRAS 512 116]

Par conservation du moment cinétique, on s’attend à ce que le gaz interstellaire soit accrété par l'étoile sous la forme d'un disque. Des mécanismes d'extraction du moment cinétique (viscosité, champs magnétiques, moments de force gravitationnels induits par la formation de bras spiraux) sont nécessaires, sinon l’étoile tournerait si vite qu’elle atteindrait la vitesse critique à laquelle la force centrifuge prend le dessus sur la force de gravité et détruit l’étoile. Pour que le gaz du disque soit accrété par l’étoile, ces mécanismes doivent être suffisamment efficaces pour extraire plus des 2/3 du moment cinétique du disque interne. [Haemmerlé et al. 2017, A&A 602 A17]

Étoiles supermassives : les étoiles les plus massives de l'histoire de l'Univers ?

La découverte récente de quasars à hauts redshifts, abritant des trous noirs supermassifs, défie notre compréhension de l'univers primordial. L'accumulation de milliards de masses solaires dans un objet compact en moins d'un milliard d'années nécessite des conditions extrêmes. Le scénario le plus prometteur pour la formation de tels objets est l'effondrement direct de matière interstellaire en une étoile supermassive, qui s'effondre ensuite elle-même par instabilité relativiste. [Haemmerlé et al. 2020, SSR 216 48; Haemmerlé 2021, A&A 647 A83; Haemmerlé 2020, A&A 644 A154; Haemmerlé 2021, A&A 650 A204; Haemmerlé et al. 2021, A&A 652 L7; Zwick et al. 2023, MNRAS 518 2076; Haemmerlé 2024, accepted in A&A]

Dans ce scénario, les étoiles supermassives accrètent à des taux >0.1 masse solaire par an. En conséquence de cette accrétion rapide, elles évoluent en supergéantes rouges, avec un feedback ionisant négligeable, ce qui pourrait faciliter leur détection par le James Webb Space Telescope. [Haemmerlé et al. 2018, MNRAS 474 2757; Haemmerlé et al. 2019, A&A 632 L2; Surace et al. 2019, ApJ 869 L39; Martins et al. 2020, A&A 633 A9]

Les hautes énergies impliquées dans l'effondrement des étoiles supermassives pourraient conduire à l'émission d'ondes gravitationnelles et de sursauts gamma ultra-longs potentiellement détectables. Mais ceci dépend des propriétés rotationnelles de l'étoile, qui sont liées au processus d'accrétion. [Haemmerlé et al. 2018, ApJ 853 L3; Haemmerlé & Meynet. 2019, A&A 623 L7; Haemmerlé 2021, A&A 650 A204; Haemmerlé 2023, MGM 16 2865]

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