Une image ALMA de l'étoile HD 163296 et de son disque protoplanétaire vu dans la poussière. De nouvelles observations suggèrent que deux planètes, chacun de la taille de Saturne, sont en orbite autour de l'étoile. Ces planètes, qui ne sont pas encore complètement formés, se sont révélés dans la double empreinte qu'ils ont laissée dans les portions de poussière et de gaz du disque protoplanétaire de l'étoile. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Andréa Isella, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Les astronomes de l'Université Rice et leurs collègues ont pour la première fois cartographié les gaz dans trois anneaux noirs autour d'une étoile lointaine. Les anneaux marquent les espaces où l'on pense que les planètes se sont formées à partir de la poussière et du gaz autour de l'étoile.
Tous les anneaux autour de HD 163296 sont dépourvus de poussière, et l'équipe internationale de chercheurs dirigée par l'astronome de Rice Andrea Isella est sûre que les planètes, probablement des géantes gazeuses avec des masses comparables à Saturne, sont chargés de nettoyer les plus externes. Mais la bague intérieure contient beaucoup plus de monoxyde de carbone que les deux autres, les amenant à croire qu'aucune planète n'existe là-bas. Cela reste inexpliqué, il a dit.
"Le fossé intérieur est mystérieux, " a déclaré Isella. " Tout ce qui crée la structure enlève la poussière, mais il y a toujours beaucoup de gaz. "
L'ouvrage paraît cette semaine dans Lettres d'examen physique .
Seulement 20 ans après la découverte de la première exoplanète, les astronomes commencent à comprendre comment les planètes se forment. Des milliers de planètes sont maintenant dans la base de données, et les scientifiques continuent d'améliorer leur capacité à les analyser pour les caractéristiques essentielles à la vie.
L'un des objectifs de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili, le plus grand radiotélescope du monde utilisé dans la recherche, est d'étudier les systèmes protoplanétaires. Leur mécanique aidera les scientifiques à comprendre comment les planètes comme la Terre se sont formées. (Les radiotélescopes détectent les ondes électromagnétiques uniques émises par les éléments et les composés dans l'espace, permettant de les identifier et de les mesurer.)
L'étoile cible de l'équipe dirigée par Rice, à près de 400 années-lumière et mieux observée depuis l'hémisphère sud, est l'un des nombreux connus pour avoir un grand disque de poussière et de gaz, dit Isella.
"Du matériau qui a formé ce disque, environ 1 % de particules de poussière et 99 % de gaz, " dit Isella. " Alors si tu ne vois que la poussière, vous ne pouvez pas dire si un anneau a été formé par une planète ou un autre phénomène. Afin de distinguer et vraiment dire s'il y a des planètes ou non, il faut voir ce que fait le gaz, et dans cette étude, pour la première fois, nous pouvons voir à la fois la poussière et le gaz."
Vue d'artiste du disque protoplanétaire entourant la jeune étoile HD 163296. En étudiant les profils de poussière (brun roux) et de monoxyde de carbone (bleu clair) du disque, Les astronomes dirigés par Andrea Isella de l'Université Rice ont découvert des preuves alléchantes que deux planètes se forment dans les deux espaces de poussière externes du disque. Crédit :B. Saxton/NRAO/AUI/NSF
Les anneaux extérieurs sont de 100 et 160 unités astronomiques de HD 163296. (Une unité est la distance du centre du soleil à la Terre.) C'est beaucoup plus loin de l'étoile qu'on ne le pensait auparavant possible pour la formation des planètes. L'étoile est trop éloignée de la Terre pour l'observation directe des planètes, pourtant, les preuves de la nouvelle étude montrent qu'ils sont susceptibles d'être là, en éliminant la poussière et le gaz des anneaux extérieurs, un peu comme les astéroïdes en orbite appelés satellites bergers, dégagent l'espace entre les anneaux autour de Saturne, dit Isella.
La bague intérieure, 60 unités astronomiques de son étoile, a montré une concentration beaucoup plus élevée des trois isotopes du monoxyde de carbone mesurés par rapport à la poussière.
"Les théoriciens ont proposé d'autres phénomènes qui peuvent former des anneaux sombres sans planètes, ", a déclaré Isella. Les chercheurs en soupçonnent un en particulier :un manque de turbulence parmi les molécules de gaz non ionisées dans une "zone morte" d'instabilité magnéto-rotative qui permet au gaz et à la poussière de se condenser en un anneau de type Saturne au bord de la zone sombre plutôt qu'une planète. L'anneau peut également apparaître à la ligne de gel du monoxyde de carbone où le gaz devient suffisamment froid pour se condenser.
Image composite du disque protoplanétaire entourant la jeune étoile HD 163296. La zone rouge intérieure montre la poussière du disque protoplanétaire. Le disque bleu plus large est le monoxyde de carbone gazeux dans le système. ALMA a observé que dans les deux espaces extérieurs dans la poussière, il y a eu une baisse significative de la concentration de monoxyde de carbone, suggérant que deux planètes s'y forment. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Les résultats ont jeté les bases d'une nouvelle série d'observations qui commence tout juste à ALMA. L'initiative d'Isella d'étudier 20 étoiles avec des disques protoplanétaires est l'un des deux "grands programmes" (sur 24 propositions) acceptés par le télescope. « « Large programme » signifie que vous demandez beaucoup de temps au télescope, plus de 50 heures, " dit Isella. " L'autre qu'ils ont acceptée examinera les émissions d'une galaxie au début de l'univers.
"Cela signifie que notre sujet est considéré par la communauté astronomique comme l'une de ses plus hautes priorités, " il a dit.
Isella a déclaré que les chercheurs reviendront également à HD 163296 pour savoir quels autres éléments se trouvent dans le disque et les anneaux. Faire l'inventaire les aidera à déterminer quel type de planète pourrait se former à partir de matériaux facilement disponibles.
"Si nous connaissons la chimie de la matière formant une planète, nous pouvons comprendre la chimie de la planète, ", a-t-il déclaré. La proximité avec la star est également importante. Par exemple, l'eau doit être suffisamment éloignée d'une étoile pour geler autour des grains et leur permettre de s'agréger.
Des chercheurs de l'Université Rice ont dirigé la première cartographie des gaz dans les anneaux autour d'une étoile lointaine avec le puissant radiotélescope ALMA. Dans le sens horaire en partant du haut à gauche :Yann Boehler, Shanfei Liu, Andréa Isella, Luca Ricci et Erik Weaver. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Il est possible que des systèmes comme HD 163296 et HL Tauri, deux des trois premiers (avec TW Hydrae) observés par ALMA pour montrer des anneaux protoplanétaires, sont des anomalies, il a dit. "Maintenant, la question est de savoir si tous les disques protoplanétaires sont comme ça. Ont-ils tous cette structure ? Il y a le souci que cet objet et HL Tauri soient des monstres, " dit Isella.
Les réponses devraient arriver lorsque le sondage 20 étoiles sera terminé. "Nous ne commencerons à obtenir les données qu'en septembre prochain, mais ça nous en dira long, " il a dit.
