GENeration et Evolution des Structures du milieu InterStellaire – GENESIS

La formation des étoiles est intimement liée à la structure et à l'évolution des nuages moléculaires, et plus généralement du milieu interstellaire. Nous proposons d'explorer ce lien avec une nouvelle approche combinant des cartes en infrarouge lointain de l'émission de poussières (Herschel) et des raies de refroidissement (C+ avec SOFIA) avec des cartes en raies moléculaires millimétriques. Des outils dédiés seront utilisés et développés pour l'analyse des observations et pour la comparaison observations-simulations numériques pour déterminer la localisation et le mode principal (compressif ou non compressif, ie solénoide) de la dissipation de la turbulence. Ces outils seront aussi adaptés pour améliorer les recherches systématiques de structures denses (filaments et coeurs) et pour optimiser l'exploitation de la base de données Herschel (super-résolution des cartes de colonne densité). Le projet bénéficiera d'une collaboration serrée entre l'Université de Cologne/groupe KOSMA qui fournit l'expertise en méthodes d'identification de structures et pour les observations SOFIA, et l'Université de Bordeaux/LAB groupe de formation stellaire et INRIA/équipe GeoStat pour le développement des nouveaux algorithmes de traitements des images.

Pour comprendre la genèse des étoiles, il est nécessaire de reconnaitre l'importance relative de la gravité, de la turbulence, du champ magnétique et des radiations pendant tout le processus de formation stellaire depuis le gaz diffus jusqu'aux nuages moléculaires denses et jusqu'aux coeurs protostellaires en effondrement, et en particulier de comprendre l'origine des filaments interstellaires. Nous proposons d'utiliser les images Herschel qui révèlent la structure complexe 2D des nuages moléculaires en les combinant avec des relevés 3D en raies moléculaires des télescopes millimétriques au sol et avec SOFIA pour les raies de refroidissement en infrarouge lointain. Nous avons sélectionné des nuages représentatifs de l'espace des paramètres de masse, de densité, et d'état évolutif. Nous identifions et caractérisons d'abord les structures des nuages dans les cartes Herschel et les cartes en raies moléculaires grâce aux méthodes innovantes développée par le partenaire bordelais dans un effort interdisciplinaire avec GeoStat/INRIA. Une collaboration serrée avec Cologne est nécessaire pour profiter de la longue expérience du groupe KOSMA d'analyse des structures de nuage (delta-variance) et d'analyse statistique (N-PDFs). Tous les outils d'analyse seront aussi appliqués aux résultats de simulations numériques de nuages interstellaires fournis en interne à Cologne (S. Walch) et en externe (Heidelberg, Paris). C'est seulement grâce à cette comparaison avec les simulations que les processus physiques sous-jacents aux propriétés statistiques mise en évidence dans les observations seront révélés. Nous envisageons aussi de suivre une nouvelle stratégie d'exploration du couplage entre turbulence et les processus de chauffage et de refroidissement qui conduisent à des changements structuraux à différentes échelles dans les nuages interstellaires. Cette partie sera en grande partie basée sur des observations SOFIA menée à Cologne (accès privilégié à cet observatoire/avion stratosphérique).

Le projet collaboratif bénéficiera des expertises complémentaires des membres du groupe KOSMA de l'Université de Cologne et du LAB/GeoStat de Bordeaux. Il ne se donne pas pour objectif une compréhension complète de la formation des étoiles en 3 ans, mais doit constituer une importante avancée qui exploitera la richesse des données d'archive de Herschel ainsi que de nouvelles observations dédiées qui seront analysées avec des nouveaux outils novateurs.