Milieu Interstellaire

Le cycle de la matière joue un rôle important dans l’évolution des objets astronomiques des petites échelles des étoiles et systèmes planétaires aux grandes échelles des galaxies. Cette matière est intimement couplée aux photons, au champ magnétique et aux rayons cosmiques. Son étude implique de comprendre la nature de ses constituants, leur évolution physico-chimique, la dynamique des milieux associés et leur couplage.
Le milieu interstellaire est la matière qui, dans une galaxie, remplit l’espace entre les étoiles et se fond dans le milieu intergalactique environnant. Il est un mélange de gaz (ionisés, atomiques et moléculaires), de rayons cosmiques et de poussières. L’énergie qui occupe le même volume, sous forme de rayonnement électromagnétique, correspond au champ de rayonnement interstellaire. Les étoiles se forment au sein des régions les plus denses du milieu (les nuages moléculaires) et approvisionnent le milieu en matière et en énergie par moyen de nuages planétaires, vents solaires, supernovae et leur éteignement final1. Cette interaction entre les étoiles et le milieu interstellaire lui-même aide à définir la vitesse à laquelle une galaxie épuise sa réserve gazeuse, et donc sa durée de formation d’étoiles.
Le milieu interstellaire occupe une position importante dans l’astrophysique entre les échelles stellaires et galactiques. Ces régions (et les processus qui s’y produisent) doivent être étudiées aux longueurs d’onde infrarouges puisqu’elles n’émettent pas de lumière visible.
Le milieu interstellaire se compose de plusieurs phases, selon l’état de la matière (soit ionique, atomique ou moléculaire), sa température (millions de kelvins, milliers de kelvins ou dizaines de kelvins) et sa densité. Les proportions relatives de ces phases sont encore matière à discussion dans les cercles scientifiques. Les pressions thermiques de ces phases sont à peu près en équilibre. Les champs magnétiques et les turbulences sont également des sources de pression dans le milieu, typiquement plus importantes au niveau dynamique que la pression thermique. Pour toutes les phases, le milieu entre-étoiles est extrêmement ténu par rapport à l’atmosphère terrestre. La densité caractéristique de ce milieu est de l’ordre d’une particule par centimètre cube alors que, sur Terre, la densité moyenne est typiquement de l’ordre de 1020 particules par centimètre cube (tous types de particule confondus).
Par masse, 99 % du milieu interstellaire prend une forme de gaz, avec 1 % sous forme de poussière. Parmi ces gaz, 89 % d’atomes sont d’hydrogène, 9 % d’hélium et 2 % d’atomes d’éléments plus lourds (appelés métaux dans le langage astronomique). L’hydrogène et l’hélium sont des produits de la nucléosynthèse primordiale alors que les éléments plus lourds sont le résultat d’enrichissement lors de l’évolution des étoiles. Des molécules sont également observées dans les nuages du milieu interstellaire, les plus abondantes étant H2 et CO. Ont également été observées OH, H2O, CN, CS, HCN, H2CO et des centaines d’autres (en particulier dans la nébuleuse d’Orion). Des molécules encore plus massives sont reportées ainsi que des acides aminés. Il ne fait aucun doute que le JWST et en particulier l’instrument MIRI, dont le CEA sous l’égide du CNES a assuré la conception et la réalisation de la partie imageur, est tout particulièrement adapté à cette étude.

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