Disque de poussière autour de la jeune étoile HD 142527 observé avec ALMA. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Kataoka et al.
Des chercheurs utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), avoir pour la première fois, a obtenu une mesure précise de la taille de petites particules de poussière autour d'une jeune étoile grâce à la polarisation des ondes radio. La haute sensibilité d'ALMA pour la détection des ondes radio polarisées a rendu possible cette étape importante dans le traçage de la formation des planètes autour des jeunes étoiles.
Les astronomes ont cru que les planètes sont formées de particules de gaz et de poussière, bien que les détails du processus aient été voilés. L'une des principales énigmes est de savoir comment des particules de poussière aussi petites que 1 micromètre s'agrègent pour former une planète rocheuse d'un diamètre de 10 000 kilomètres. La difficulté à mesurer la taille des particules de poussière a empêché les astronomes de retracer le processus de croissance de la poussière.
Akimasa Kataoka, un chercheur de Humboldt en poste à l'Université de Heidelberg et à l'Observatoire astronomique national du Japon, s'est attaqué à ce problème. Lui et ses collaborateurs ont théoriquement prédit que, autour d'une jeune étoile, les ondes radio diffusées par les particules de poussière devraient porter des caractéristiques de polarisation uniques. Il a également remarqué que l'intensité des émissions polarisées nous permet d'estimer la taille des particules de poussière bien mieux que d'autres méthodes.
Pour tester leur prédiction, l'équipe dirigée par Kataoka a observé la jeune étoile HD 142527 avec ALMA (note 1) et a découvert, pour la première fois, le modèle de polarisation unique dans le disque de poussière autour de l'étoile. Comme prédit, la polarisation a une direction radiale dans la plupart des parties du disque, mais au bord du disque, la direction est inversée perpendiculairement à la direction radiale.
Diagramme de polarisation obtenu par ALMA autour de la jeune étoile HD 142527. Les contours montrent l'intensité totale des émissions de poussière et l'image couleur montre l'intensité des émissions polarisées. Les barres blanches indiquent la direction de la polarisation. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Kataoka et al.
En comparant l'intensité observée des émissions polarisées avec la prédiction théorique, ils ont déterminé que la taille des particules de poussière est d'au plus 150 micromètres. Il s'agit de la première estimation de la taille des poussières basée sur la polarisation. Étonnamment, cette taille estimée est plus de 10 fois plus petite qu'on ne le pensait auparavant.
« Dans les études précédentes, les astronomes ont estimé la taille sur la base d'émissions radio en supposant des particules de poussière sphériques hypothétiques, " explique Kataoka. " Dans notre étude, nous avons observé les ondes radio diffusées par polarisation, qui transporte des informations indépendantes de l'émission de poussière thermique. Une si grande différence dans la taille estimée des particules de poussière implique que l'hypothèse précédente pourrait être fausse."
L'idée de l'équipe pour résoudre cette incohérence est de considérer duveteux, particules de poussière de forme complexe, pas de simples poussières sphériques (note 2.). En vue macroscopique, de telles particules sont en effet grosses, mais en vue microscopique, chaque petite partie d'une grosse particule de poussière diffuse des ondes radio et produit des caractéristiques de polarisation uniques. Selon la présente étude, les astronomes obtiennent ces caractéristiques "microscopiques" grâce à des observations de polarisation. Cette idée pourrait inciter les astronomes à reconsidérer l'interprétation précédente des données d'observation.
"La fraction de polarisation des ondes radio du disque de poussière autour de HD 142527 n'est que de quelques pour cent. Grâce à la haute sensibilité d'ALMA, nous avons détecté un si petit signal pour obtenir des informations sur la taille et la forme des particules de poussière, " a déclaré Kataoka. " C'est la toute première étape de la recherche sur l'évolution des poussières avec la polarimétrie, et je crois que les progrès futurs seront pleins d'enthousiasme."
