Sphère de Strömgren

Une sphère de Strömgren est une région HII (zone d'hydrogène ionisé) sphérique située autour d’une étoile jeune de type spectral O ou B, ou d’un association OB (groupes d'étoiles de ce type spectral). Le paradigme de sphère de Strömgen est la nébuleuse de la Rosette. Le nom provient de l'astronome et astrophysicien Bengt Strömgren qui découvrit les premières sphères de Strömgen à la fin des années 1930.

Le phénomène physique

Un astre très chaud (au moins 1 000 000 K) émet un rayonnement intense, en particulier dans l'ultraviolet extrême. Cet astre est supposé entouré d'un nuage composé principalement d'hydrogène à basse pression.

Le rayonnement ultraviolet ionise l'hydrogène en protons et électrons, formant un plasma qui serait transparent s'il ne contenait des traces d'atomes plus lourds susceptibles d'émettre des raies spectrales d'atomes très ionisés.

Cette transparence permet la propagation du rayonnement ultraviolet qui ionise des couches de plus en plus éloignées. Mais, en raison de pertes d'énergie dues d'abord aux atomes lourds, puis au rayonnement des atomes d'hydrogène neutre, la température décroît de manière inversement proportionnelle au rayon, de sorte que le composant majeur en devient l'atome d'hydrogène (avec une excitation décroissante) et finalement la molécule de dihydrogène.

La coquille d'hydrogèna atomique est relativement mince: elle apparait brusquement lorsque le rayonnement de l'ultraviolet lointain qui maintient l'ionisation disparait, de sorte que les atomes formés rayonnent intensément, ce qui refroidit le gaz et fait apparaitre de nouveaux atomes. Ce rayonnement intense absorbe rapidement l'essentiel du rayonnement provenant de l'étoile qui peut ne plus être visible.

Le plasma qui forme la coquille est souvent superradiant, de sorte que, par compétition des modes, l'émission très intense de lumière ne se produit que pour les rayons qui ont le plus long parcours dans la coquille, c'est-à-dire les rayons tangents à la sphère de Strömgren. On observe un cercle ponctué si la superradiance est assez intense pour provoquer une compétition des modes qui génèrent le cercle. Burrows et al. ont montré que les anneaux de la supernova SNR1987A coincident avec les limbes d'une structure gazeuse en forme de sablier qui pourrait être une sphère de Strömgren étranglée par des variations de densité du gaz.

Référence: C. J. Burrows, et al. ApJ, 452, p.680-684 (1995).

Sources

Bibliographie

• (en) Bengt Strömgren, « The Physical State of Interstellar Hydrogen », dans The Astrophysical Journal, vol. 89, 1939, p. 526-547 [résumé] 

Notes et références