Les amas d’étoiles
Contexte scientifique
Le domaine de recherche sur les amas stellaires connaît actuellement un renouveau exceptionnel, sous l’impact de résultats observationnels récents, obtenus en particulier avec le VLT, le Hubble Space Telescope, et le satellite Herschel, mais aussi de développements théoriques et de simulations numériques de pointe. Par exemple, les résultats du satellite Herschel ont abouti à un nouveau paradigme concernant la formation des étoiles en amas, tandis que la découverte de populations stellaires multiples au sein des amas globulaires est reconnue par la communauté comme un des résultats les plus spectaculaires de la décennie. Autre exemple, divers relevés infrarouges (GLIMPSE, VVV) génèrent la découverte de nombreux amas massifs, jusqu'alors inconnus, et pouvant contenir les étoiles les plus massives : des études récentes indiquent que des objets de 300 masses solaires pourraient exister dans de tels amas, modifiant considérablement notre compréhension de la fonction de masse initiale des étoiles, ainsi que des processus de formation des étoiles massives. De tels amas, présents dans divers environnements de l'Univers local mais aujourd'hui non résolus spatialement, seront des cibles privilégiées pour les futurs satellites et télescopes tels que le JWST et l’E-ELT.
De plus, l’étude de la formation, de la dynamique, et de l’évolution des amas est fondamentale pour comprendre l’origine et les propriétés des populations stellaires de la Voie Lactée et des galaxies en général, ce qui est un des objectifs principaux de la mission Gaia lancée par l’ESA en décembre 2013. En effet, si la majorité des étoiles se forment en amas (contenant initialement quelques dizaines à plusieurs millions de membres), seuls les plus massifs restent liés gravitationnellement sur des temps de vie supérieurs au temps de Hubble, tandis que les amas dits ouverts et les associations, se dissolvent rapidement dans leur galaxie hôte.
Par ailleurs, les amas sont une des pierres angulaires pour comprendre la physique et l’évolution des étoiles, et pour contraindre les modèles stellaires de plus en plus sophistiqués. Il devient désormais possible, et nécessaire, de prendre en compte dans la modélisation divers processus liés aux interactions entre étoiles voisines et avec leur environnement (disque, planètes, milieu interstellaire). Ces interactions, qui dépendent notamment de la densité de l’amas, affectent l’évolution précoce des étoiles et modifient leur masse lors des phases d’accrétion, leur taux de multiplicité, leur disque, et donc in fine la formation planétaire ainsi que la fonction initiale de masse des étoiles.
Il est important de faire le point au sein de notre communauté astrophysique sur nos connaissances actuelles sur les amas stellaires à la fois proches et à grand redshift, afin d’en avoir une vision globale et de pouvoir ainsi faire le lien entre les différentes populations. Ceci est indispensable pour pouvoir préparer le développement d’outils théoriques, numériques et observationnels afin de maximiser le retour scientifique des nouveaux satellites (Gaia, JWST) et instruments sol (ALMA, NOEMA, et dans le futur SKA et l’E-ELT).
Objectifs
Cette école thématique sur « les amas d’étoiles : jalons de la physique stellaire et de l’évolution galactique », en direction des doctorants/post-doctorants, chercheurs et ingénieurs, a vocation à former la communauté française dans ce domaine, de façon à la préparer au mieux à l’exploitation et à l’interprétation des données présentes et à venir. Les missions Herschel, Gaia, JWST, dans lesquelles diverses équipes françaises sont fortement impliquées, ainsi que les instruments NOEMA, ALMA, et à plus long terme SKA et E-ELT, ont et vont fortement améliorer la compréhension des amas stellaires et de leur contribution aux différentes populations stellaires qui composent une galaxie. Cela concerne des aspects très différents et fortement complémentaires de l’astrophysique, depuis la formation et la fonction de masse initiale des étoiles et des planètes jusqu’à l’évolution chimique et dynamique des galaxies, en passant par la structuration de la matière interstellaire à différentes échelles. Herschel a déjà produit des cartes détaillées de régions de formation stellaire galactiques. Les données publiques Gaia (disponibles à l’été 2016) vont révolutionner notre compréhension des amas et associations stellaires en sondant leurs structures spatiales et cinématiques (6D). ALMA puis SKA, ainsi que le JWST et à plus long terme l’E-ELT, offriront pour la première fois la possibilité de résoudre la population stellaire des amas jeunes super massifs dans le groupe local, et d’étudier leur relation avec les amas globulaires.
Afin d’exploiter au mieux ces observations, celles-ci devront être accompagnées de simulations numériques de l’évolution dynamique d’amas. Quelles sont leurs prédictions aujourd’hui et comment peut-on les tester ? Quelles nouvelles simulations seront nécessaires ? L’objet de cette école thématique est d’initier les participants à ces réflexions et de tisser des liens entre observateurs et modélisateurs.
Par ailleurs, il s’agit également de favoriser les interactions entre les différents acteurs concernés dans des domaines très variés tels que la physique stellaire, la physique des galaxies, et la physique du milieu interstellaire. L’école permettra aux chercheurs impliqués dans ces différents aspects de mettre en commun leurs savoirs, leurs compétences, et leurs outils d’analyse, et de mieux préciser leurs besoins. Ceci aidera à structurer et organiser les travaux de recherche sur les amas, et ainsi à renforcer le rayonnement international des équipes françaises dans ce domaine. L’interaction entre les diverses communautés PNPS, PNCG, PCMI et AS Gaia est cruciale et sera au cœur des préoccupations de cette école.
