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Prenez un nuage d'hydrogène moléculaire, ajoutez de la turbulence et vous obtenez la formation d'étoiles - c'est la loi. L'efficacité de la formation des étoiles (leur taille et leur densité de population) est largement fonction de la densité du nuage initial.
Au niveau d'un amas galactique ou d'étoiles, une faible densité de gaz fournira une population clairsemée d'étoiles généralement petites et faibles - tandis qu'une densité de gaz élevée devrait entraîner une population dense de grandes étoiles brillantes. Cependant, tout cela est sous-jacent à la question clé de la métallicité - qui agit pour réduire l'efficacité de la formation des étoiles.
Donc tout d'abord, la forte relation entre la densité de l'hydrogène moléculaire (H2) et l'efficacité de la formation d'étoiles est connue sous le nom de loi de Kennicutt-Schmidt. L'hydrogène atomique n'est pas considéré comme capable de soutenir la formation d'étoiles, car il est trop chaud. Ce n'est que lorsqu'il se refroidit pour former de l'hydrogène moléculaire qu'il peut commencer à s'agglutiner - après quoi nous pouvons nous attendre à ce que la formation d'étoiles devienne possible. Bien sûr, cela crée un mystère sur la façon dont les premières étoiles auraient pu se former dans un univers primitif plus dense et plus chaud. La matière noire y a peut-être joué un rôle clé.
Néanmoins, dans l'univers moderne, le gaz non lié peut plus facilement se refroidir en hydrogène moléculaire en raison de la présence de métaux, qui ont été ajoutés au milieu interstellaire par les populations précédentes d'étoiles. Les métaux, qui sont des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, sont capables d'absorber une plus large gamme de niveaux d'énergie de rayonnement, laissant l'hydrogène moins exposé au chauffage. Par conséquent, un nuage de gaz riche en métaux est plus susceptible de former de l'hydrogène moléculaire, qui est alors plus susceptible de soutenir la formation d'étoiles.
Mais cela ne signifie pas que la formation d'étoiles est plus efficace dans l'univers moderne - et encore une fois, c'est à cause des métaux. Un article récent sur la dépendance de la formation des étoiles à la métallicité propose qu'un amas d'étoiles se développe à partir de H2 s'agglutinant dans un nuage de gaz, formant d'abord des noyaux pré-stellaires qui attirent plus de matière par gravité, jusqu'à ce qu'ils deviennent des étoiles puis commencent à produire un vent stellaire.
En peu de temps, le vent stellaire commence à générer une «rétroaction», contrant l'inflation de matériel supplémentaire. Une fois que la poussée extérieure du vent stellaire atteint l'unité avec l'attraction gravitationnelle intérieure, la croissance des étoiles cesse - et les étoiles de classe O et B plus grandes éliminent tout gaz restant de la région de l'amas, de sorte que toute formation d'étoiles est éteinte.
La dépendance de l'efficacité de la formation d'étoiles de la métallicité résulte de l'effet de la métallicité sur le vent stellaire. Les étoiles à haute teneur en métal ont toujours des vents plus puissants que toute masse équivalente, mais des étoiles à faible teneur en métal. Ainsi, un amas d'étoiles - ou même une galaxie - formé à partir d'un nuage de gaz à haute métallicité, aura une formation d'étoiles de moindre efficacité. En effet, la croissance de toutes les étoiles est inhibée par leur propre rétroaction stellaire du vent dans les derniers stades de croissance et toutes les grandes étoiles de classe O ou B élimineront le gaz non lié restant plus rapidement que leurs équivalents à faible teneur en métaux.
Cet effet de métallicité est probablement le produit de `` l'accélération de la ligne radiative '', résultant de la capacité des métaux à absorber le rayonnement à travers une large gamme de niveaux d'énergie de rayonnement - c'est-à-dire que les métaux présentent beaucoup plus de lignes d'absorption de rayonnement que l'hydrogène seul. . L'absorption du rayonnement par un ion signifie qu'une partie de l'énergie cinétique d'un photon est communiquée à l'ion, dans la mesure où ces ions peuvent être soufflés hors de l'étoile sous forme de vent stellaire. La capacité des métaux à absorber plus d'énergie de rayonnement que l'hydrogène ne signifie que vous devriez toujours obtenir plus de vent (c'est-à-dire plus d'ions soufflés) des étoiles métalliques élevées.
Lectures complémentaires:
Dib et al. La dépendance des lois de formation d'étoiles galactiques sur la métallicité.
