Une étude, dont les résultats intitulés «Spin alignment of stars in old open clusters» sont publiés dans la revue Nature Astronomy, a permis de révéler, grâce à la mission Kepler, un surprenant alignement des axes de rotation d'étoiles géantes rouges dans deux anciens amas ouverts de la Voie lactée qui trahit les conditions dans lesquelles les étoiles se sont formées dans notre galaxie.

Cette étude d’astérosismologie, qui remet «en question les modèles classiques de formation d'étoiles», comporte aussi des «simulations 3D d'effondrement de nuages pré-stellaires». Elle apporte un éclairage sur «les conditions primordiales de la formation d'étoiles dans des amas stellaires âgés de 8 milliards d'années, quand l'Univers était encore très jeune. »

Rappelons tout d'abord que «la plupart des étoiles de la Voie lactée se sont formées par l'effondrement d'un nuage de gaz géant dans des zones obscurcies par le gaz et les poussières, ce qui les rend difficiles à observer directement».

Pour obtenir «un éclairage nouveau sur des processus jusque-là sous-estimés qui jouent un rôle important dans l'évolution stellaire et la formation planétaire, ainsi que, de manière générale, dans la formation et l'évolution de notre galaxie», l'étude ici présentée a fait appel à l'astérosismologie, qui, «avec l'avènement de la photométrie spatiale de haute précision», a démontré «sa capacité à sonder les intérieurs stellaires et à déterminer les paramètres fondamentaux des étoiles».

Plus précisément, «la lumière émise par environ cinquante géantes rouges de masse comprise entre une et deux masses solaires», situées «dans deux anciens amas ouverts de la Voie Lactée (NGC 6791, âgé de huit milliards d’années, et NGC 6819, âgé de deux milliards d’années)», a été analysée. Ces étoiles, qui «ont été observées pendant quatre ans en continu par le satellite Kepler de la Nasa», présentent «des oscillations observables distinctement qui sont similaires à celles du Soleil».

Grâce aux «milliers de modes d'oscillation présents», la mesure précise «de l’orientation de l'axe de rotation de chaque étoile de l'échantillon» a pu être effectuée. Il est alors apparu que «presque toutes les étoiles (environ 70 %) présentent des axes de rotation fortement alignés les uns par rapport aux autres» pointant «vers une direction commune dans le ciel». Ce résultat «était totalement inattendu car, normalement, la turbulence générée par les mouvements désordonnés du gaz dans les amas aurait dû produire des axes distribués aléatoirement».

Il en a été déduit, en tenant compte «de la morphologie des amas d’étoiles et des distances importantes les séparant dans un amas ouvert», que ce fort alignement des axes de rotation ne peut découler que des interactions de marée et qu'il «a nécessairement eu lieu à l'époque de la formation des amas, il y a des milliards d'années».

Des simulations hydrodynamiques numériques en 3D reproduisant «différentes conditions ayant présidé à la formation des étoiles» ont alors été réalisées: elles «font notamment varier la quantité d‘énergie liée à la rotation initiale du proto-amas par rapport à celle associée aux turbulences».

Comme il a été déterminé avec ces simulations «que les axes des étoiles s’alignent efficacement lorsqu’au moins 50 % du bilan d’énergie total des proto-amas est associé à la rotation», il apparaît que «les propriétés de la rotation du nuage moléculaire (notamment sa vitesse angulaire globale) ont été efficacement transférées vers les étoiles individuelles se formant à l'intérieur du nuage».

De plus, ces simulations montrent que «seules les étoiles dont la masse est suffisamment importante (d’au moins 0,7 masse solaire) peuvent hériter de ces propriétés», les étoiles moins massives ne possèdant pas cet alignement observé des axes de rotation du fait que «leur processus de formation a été en grande partie dominé par des turbulences qui ont brouillé ce mouvement angulaire».