Cours sur la naissance des étoiles

La naissance des étoiles
Questions:
- Echelles de masses?
- Echelles de tailles?
- Echelles de temps?
Effondrement d’un nuage
interstellaire
Critère de Jeans
3
M
E cin ≈ kT ×
2
µ
2
3 GM
E pot ≈ − ×
5
R
système en effondrement (i.e. lié) si:
E cin + E pot ≤ 0
soit…
Critère de Jeans en masse
 kT 

M ≥ M J ≈ 3.7 
 Gµ 
AN:
M J ~ 6 ×10
4
T
3
2
1
ρ
3/2
MSoleil
n
Valeurs typiques:
T ~ 20 −100K 
3
~
qqs
10
M Soleil
⇒
M

J
6 −3
n ~ 10 −10 m 
⇒ les étoiles naissent en groupe
NB. Hièrarchie dans la fragmentation ⇒ notion de IMF
(Initial Mass Function).
NB’. Critère de Jeans en rayon: effondrement pour R ≥ RJ, où:
RJ ~ 9 ×10
3
T
n
1/ 2
3/2
pc
106
MJeans/M
105
104
103
102
10
104
RJeans (pc)
T= 100 K
T= 10 K
104
105 106 107 108 109 1010
103
102
10
1
T= 100 K
T= 10 K
0.1
104
105 106 107 108 109 1010
Densité
(atomes m-3)
Densité
(atomes m-3)
Temps de chute libre
Combien de temps met le nuage pour s’effondrer?
En l’absence de barrière (au début…):
r
M
GM
g=− 2
r
1
2
g t cl ~ r
Temps de chute libre:
2
où: g ~ G ρr
t cl ~
0.3
Gρ
Temps de chute libre
(années)
1010
109
NB. temps courts vs. âge Galaxie!
108
107
106
105
104
105
106
107
108
109
Densité
(atomes m-3)
Barrière rotationnelle

3 GM 2
 H = Iω = cste
E
~
−
⋅
 pot
où:

5
R
2

 I ~ MR
 E ~ 1 ⋅ Iω 2
 rot 2
(H: moment cinétique, I: moment d’inertie)

1
 E pot ∝ − R
⇒
E ∝ + 1
 rot
R2
E= Epot + Erot
Disque rotationnellement instable si
Epot + Erot ≥ 0, soit:
R
2
H
R≤
GM 3
AN:
M0 ~ 1M
R0 ~ 0.1 AL
⇒ R < 2 UA
T0 ~ 3x107 années
Rotation attendue du Soleil: 10 mn!
⇒Moment cinétique évacué mécaniquement:
Une partie de la matière est éjectée en emportant
beaucoup de moment cinétique.
~300 UA
~0.2M