Le Nuage Moléculaire Taureau, photographié ici par l'observatoire spatial Herschel de l'ESA, est une région de formation d'étoiles à environ 450 années-lumière. Le cadre de l'image couvre environ 14 sur 16 années-lumière et montre la lueur de la poussière cosmique dans le matériau interstellaire qui imprègne le nuage, révélant un motif complexe de filaments parsemés de quelques compacts, noyaux brillants - les graines des futures étoiles. Crédit :ESA/Herschel/PACS, Programme clé de l'enquête SPIRE/Gould Belt/Palmeirim et al . 2013
Des "super-terres" et des planètes de la taille de Neptune pourraient se former autour de jeunes étoiles en bien plus grand nombre que les scientifiques ne le pensaient, suggère de nouvelles recherches menées par une équipe internationale d'astronomes.
Observant un échantillon de jeunes étoiles dans une région de formation d'étoiles dans la constellation du Taureau, les chercheurs ont découvert que nombre d'entre eux étaient entourés de structures qui s'expliquent le mieux par des traces créées par des éléments invisibles, jeunes planètes en devenir. La recherche, publié dans le Journal d'astrophysique , aide les scientifiques à mieux comprendre comment notre propre système solaire est né.
Il y a 4,6 milliards d'années, notre système solaire était en ébullition, tourbillon de gaz et de poussière entourant notre soleil nouveau-né. Aux premiers stades, ce soi-disant disque protoplanétaire n'avait pas de caractéristiques discernables, mais bientôt, des parties de celui-ci ont commencé à fusionner en amas de matière, les futures planètes. Alors qu'ils ramassaient du nouveau matériel tout au long de leur voyage autour du soleil, ils ont grandi et ont commencé à creuser des motifs de lacunes et d'anneaux dans le disque à partir duquel ils se sont formés. Heures supplémentaires, le disque poussiéreux a cédé la place à l'arrangement relativement ordonné que nous connaissons aujourd'hui, composé de planètes, lunes, astéroïdes et la comète occasionnelle.
Les scientifiques fondent ce scénario de la naissance de notre système solaire sur des observations de disques protoplanétaires autour d'autres étoiles qui sont assez jeunes pour être actuellement en train de donner naissance à des planètes. En utilisant le grand réseau millimétrique d'Atacama, ou ALMA, comprenant 45 antennes radio dans le désert d'Atacama au Chili, l'équipe a effectué une enquête sur les jeunes étoiles dans la région de formation d'étoiles du Taureau, un vaste nuage de gaz et de poussière situé à 450 années-lumière de la Terre. Lorsque les chercheurs ont imagé 32 étoiles entourées de disques protoplanétaires, ils ont découvert que 12 d'entre eux (40 %) avaient des cernes et des lacunes, structures qui, selon les mesures et les calculs de l'équipe, s'expliquent le mieux par la présence de planètes naissantes.
"C'est fascinant parce que c'est la première fois que les statistiques des exoplanètes, qui suggèrent que les super-Terres et Neptunes sont le type de planètes le plus courant, coïncider avec des observations de disques protoplanétaires, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Feng Long, doctorant à l'Institut Kavli d'Astronomie et d'Astrophysique de l'Université de Pékin à Pékin, Chine.
Alors que certains disques protoplanétaires semblent uniformes, des objets ressemblant à des crêpes dépourvus de caractéristiques ou de motifs, des anneaux brillants concentriques séparés par des lacunes ont été observés, mais comme les enquêtes précédentes se sont concentrées sur les plus brillants de ces objets car ils sont plus faciles à trouver, il n'était pas clair à quel point les disques communs avec des structures d'anneaux et d'espaces sont vraiment dans l'univers. Cette étude présente les résultats de la première enquête impartiale en ce sens que les disques cibles ont été sélectionnés indépendamment de leur luminosité, en d'autres termes, les chercheurs ne savaient pas si l'une de leurs cibles avait des structures en anneau lorsqu'ils les ont sélectionnées pour l'enquête.
"La plupart des observations précédentes avaient été ciblées pour détecter la présence de planètes très massives, dont on sait qu'ils sont rares, qui avait creusé de grands trous intérieurs ou des lacunes dans les disques brillants, " a déclaré Paola Pinilla, deuxième auteur de l'article, un membre Hubble de la NASA à l'observatoire Steward de l'Université de l'Arizona. "Alors que des planètes massives avaient été déduites de certains de ces disques brillants, on savait peu de choses sur les disques les plus faibles."
Jusque récemment, les disques protoplanétaires étaient considérés comme lisses, comme des objets en forme de crêpe. Les résultats de cette étude montrent que certains disques ressemblent davantage à des beignets avec des trous, mais encore plus souvent apparaissent comme une série d'anneaux. Les anneaux sont probablement sculptés par des planètes qui nous seraient autrement invisibles. Crédit :Feng Long
L'équipe, qui comprend également Nathan Hendler et Ilaria Pascucci au Laboratoire lunaire et planétaire de l'UA, mesuré les propriétés des anneaux et des lacunes observées avec ALMA et analysé les données pour évaluer les mécanismes possibles qui pourraient causer les anneaux et les lacunes observés. Bien que ces structures puissent être sculptées par des planètes, des recherches antérieures ont suggéré qu'ils peuvent également être créés par d'autres effets. Dans un scénario couramment suggéré, ce que l'on appelle les lignes de glace causées par des changements dans la chimie des particules de poussière à travers le disque en réponse à la distance à l'étoile hôte et à son champ magnétique créent des variations de pression à travers le disque. Ces effets peuvent créer des variations dans le disque, se manifestant sous forme d'anneaux et de lacunes.
Les chercheurs ont effectué des analyses pour tester ces explications alternatives et n'ont pu établir aucune corrélation entre les propriétés stellaires et les modèles de lacunes et d'anneaux qu'ils ont observés.
"On peut donc écarter l'idée communément proposée de lignes de glace provoquant les anneaux et les lacunes, " a déclaré Pinilla. "Nos découvertes laissent les planètes naissantes comme la cause la plus probable des modèles que nous avons observés, bien que d'autres processus puissent également être à l'œuvre."
Étant donné que la détection directe des planètes individuelles est impossible en raison de la luminosité écrasante de l'étoile hôte, l'équipe a effectué des calculs pour avoir une idée des types de planètes qui pourraient se former dans la région de formation d'étoiles du Taureau. D'après les constatations, Les planètes gazeuses de la taille de Neptune ou les super-Terres – des planètes terrestres pouvant atteindre 20 masses terrestres – devraient être les plus courantes. Seuls deux des disques observés pourraient potentiellement abriter des mastodontes rivalisant avec Jupiter, la plus grande planète du système solaire.
"Comme la plupart des relevés d'exoplanètes actuels ne peuvent pas pénétrer l'épaisse poussière des disques protoplanétaires, toutes les exoplanètes, à une exception près, ont été détectés dans des systèmes plus évolués où un disque n'est plus présent, " dit Pinilla.
Aller de l'avant, le groupe de recherche envisage d'éloigner les antennes d'ALMA, ce qui devrait augmenter la résolution du réseau à environ cinq unités astronomiques (une UA équivaut à la distance moyenne entre la Terre et le soleil), et de rendre les antennes sensibles à d'autres fréquences qui sont sensibles à d'autres types de poussières.
"Nos résultats sont une étape passionnante dans la compréhension de cette phase clé de la formation des planètes, " Long a dit, " et en faisant ces ajustements, nous espérons mieux comprendre les origines des anneaux et des lacunes."
