Les astronomes aiment observer de jeunes étoiles éloignées au fur et à mesure de leur formation. Les étoiles sont nées d'un nuage moléculaire, et une fois suffisamment de matière dans ce nuage, la fusion s'enflamme et une étoile commence sa vie. Le matériau restant de la formation de l'étoile est appelé disque circumstellaire.
Alors que le matériau du disque circumstellaire tourbillonne autour de l'étoile en rotation, il se rassemble en planètes individuelles. Au fur et à mesure que les planètes s'y forment, elles laissent des lacunes dans ce disque. Ou du moins nous le pensons.
L'une des jeunes étoiles les plus observées s'appelle HL Tauri. Il se trouve dans la constellation du Taureau et est à environ 450 années-lumière. L'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) a capturé une image bien connue de HL Tauri en 2014. Cette image est l'image la plus nette jamais prise par ALMA.
Depuis lors, les astronomes ont observé d'autres jeunes étoiles et ont également trouvé des lacunes dans leurs disques. Notez que l'ALMA, comme son nom nous l'indique, n'est pas un télescope à lumière visible. Il y a tellement de gaz et de poussière dans les disques circumstellaires que la lumière visible est inutile pour les étudier. ALMA observe dans les longueurs d'onde de la lumière entre les ondes infrarouges et radio, de sorte qu'il peut voir dans le disque tourbillonnant de gaz et de poussière.
Une nouvelle étude a examiné 18 jeunes étoiles et leurs disques, et a trouvé des preuves que 8 de ces étoiles ont ce qu'elles appellent des «vélocités de vitesse» qui peuvent signaler la présence de jeunes planètes encore en formation. L'étude est intitulée «Neuf écarts localisés par rapport à la rotation képlérienne dans les disques circonstellaires DSHARP: preuves cinématiques pour les protoplanètes creusant les lacunes». L'auteur principal de l'étude est Christophe Pinte de l'Université Monash, Australie et l'Université de Grenoble Alpes, France). L'article est publié dans The Astrophysical Journal Letters.
Bien que les astronomes puissent voir les lacunes dans les disques circumstellaires, ils ne peuvent pas voir les planètes. Après des années d'essais avec certains des meilleurs télescopes du monde, les astronomes n'ont imaginé directement qu'une seule exoplanète dans un espace autour d'une étoile. Donc, même s'il peut sembler évident que les planètes bébé sont responsables, et qu'il n'y a vraiment aucun autre moyen de se former, c'est toujours une théorie non prouvée. Cette nouvelle étude permet de démontrer qu'au moins certaines des lacunes observées dans les disques circumstellaires sont causées par des planètes.
Cette étude a utilisé les données du projet Disk Substructures at High Angular Resolution (DSHARP). DSHARP utilise ALMA pour étudier les disques circumstellaires brillants à proximité (également appelés disques protoplanétaires). Selon le site Web, DSHARP est "conçu pour évaluer la prévalence, les formes, les emplacements, les tailles et les amplitudes des sous-structures à petite échelle dans les distributions du matériel disque et comment elles pourraient être liées au processus de formation de la planète".
Il existe d'autres explications possibles pour les lacunes dans les disques. L'un est les lignes de neige ou les lignes de gel. Dans un disque de débris circumstellaires, une ligne de givre est la distance de l'étoile où il fait suffisamment froid pour que les substances volatiles gèlent. Cela comprend non seulement la glace d'eau, mais aussi l'ammoniac, le méthane, le dioxyde de carbone et autres. Au-delà de la ligne de gel, ces substances gèlent en grains de glace solides.
Une autre explication possible de ces lacunes est le frittage des grains de poussière. C'est alors que la poussière se compacte en une structure solide par la chaleur et la pression, mais sans fondre. Une équipe de scientifiques a exploré cette idée dans cet article.
D'autres candidats incluent les effets magnéto-hydrodynamiques, les écoulements zonaux et les pièges à poussière auto-induits. Après l'image ALMA 2014 de HL Tauri et de ses anneaux, les chercheurs ont publié un certain nombre d'articles présentant des preuves en faveur de toutes ces explications possibles.
Mais aucun d'eux n'est aussi intrigant que l'explication de la planète bébé. Et puisque nous savons maintenant que la plupart, sinon la totalité, des étoiles hébergent des exoplanètes, cela a du sens.
ALMA ne se contente pas de prendre des photos de ces jeunes stars et de leurs disques de débris. Il utilise sa puissance pour étudier la distribution de gaz dans les disques. L'image ci-dessous est issue de la nouvelle étude. Il compare la distribution de gaz sur cinq disques avec les mesures de vitesse du même disque.
Au cœur de cette nouvelle étude se trouvent ce que l’on appelle des «vélocités de vitesse».
Le disque de débris circumstellaire autour de HL Tauri et d'autres jeunes étoiles est en grande partie constitué de gaz et il tourne. Lorsqu'il tourne, son mouvement est régi par la vitesse képlérienne. La vitesse képlérienne décrit comment un disque de matière doit se déplacer lorsqu'il est dominé par un corps massif en son centre. Mais comme le montre l'image ci-dessus, il y a des plis dans le gaz. Selon les auteurs du nouvel article, ces plis sont la preuve de jeunes planètes.
Extrait de l'article: «Les planètes intégrées perturbent le flux de gaz képlérien dans leur voisinage, lançant des ondes spirales aux résonances de Lindblad à l'intérieur et à l'extérieur de leurs orbites.»
Pour au moins une des 20 jeunes étoiles, l'écoulement perturbé est la preuve de grandes géantes gazeuses: «Des mesures précises des courbes de rotation ont révélé, par exemple, des gradients de pression radiale et des écoulements verticaux, probablement entraînés par des lacunes creusées dans la densité de surface du gaz par Jupiter planètes massives dans le disque de HD 163296. "
L'étude présente de nombreuses preuves solides à l'appui des protoplanètes. Mais les auteurs reconnaissent qu'il pourrait y avoir d'autres causes. L'un d'eux se trouve dans les données elles-mêmes.
"Plusieurs effets d'observation et mécanismes physiques peuvent produire des caractéristiques dans les cartes de canaux qui ressemblent à des vélocités de vitesse", disent les auteurs. «Le plus évident est le processus de reconstruction à faible rapport signal / bruit qui se traduit souvent par des émissions inégales qui pourraient être confondues avec des plis. Nous ne pouvons pas exclure que de tels artefacts soient présents dans les données DSHARP… »
Mais ils ont pris des mesures pour éliminer ces erreurs, et à la fin de leur article, ils font plusieurs déclarations en résumé:
- "Nous avons trouvé neuf perturbations de vitesse localisées (spécifiques au canal) indiquant un mouvement non Keplerien dans les observations DSHARP de 8 disques protoplanétaires, sur les 18 sources sélectionnées."
- «La présence de planètes intégrées expliquerait naturellement à la fois les anneaux du continuum et les écarts de vitesse des gaz par rapport à la rotation képlérienne.»
- "Si les planètes sont en effet responsables de ces vrilles de vitesse provisoires, elles devraient avoir des masses de l'ordre d'une masse de Jupiter."
- Dans plusieurs cas, les auteurs ne sont pas parvenus à des conclusions définitives. "... les non-détections dans d'autres disques ou dans d'autres lacunes dans les disques où nous avons détecté un pli n'impliquent pas nécessairement l'absence de planètes de la masse de Jupiter."
Nous y voilà donc. Cet article approfondi et intéressant avance l'idée que les lacunes dans les disques de débris circumstellaires sont en effet causées par des planètes bébés.
À mesure que notre pouvoir d'observation augmente et que des télescopes comme le James Webb et d'autres deviennent opérationnels, les preuves deviendront probablement plus concluantes.
Mais en science, vous ne savez pas avant de savoir.
Plus:
- Communiqué de presse: Image vedette: Des preuves pour les planètes dans les disques?
- Document de recherche: Neuf écarts localisés par rapport à la rotation képlérienne dans les disques circonstellaires DSHARP: preuves cinématiques pour les protoplanètes comblant les lacunes
- Space Magazine: regardez cette variété fascinante de disques planificateurs autour d'autres étoiles
