Pour la première fois, les astronomes ont pu scruter le cœur de la formation des planètes, enregistrant la température et la quantité de gaz présents dans les régions les plus prolifiques pour faire des planètes.

Les planètes se forment dans des disques évasés de gaz et de poussière – de petites particules composées de poussière et de glace – entourant les jeunes étoiles. Plus précisement, des planètes se forment dans le plan médian de ce disque, ou le milieu du disque vu par la tranche. Mais jusqu'à maintenant, les astronomes n'ont pas pu observer ce plan médian car les gaz dans le disque étaient trop opaques.

"Nous avons déjà observé des disques en train de fabriquer des planètes, mais nos observations ne faisaient qu'effleurer la surface, " dit Edwin Bergin, président du département d'astronomie de l'U-M. « Quand nous avons déduit la densité, la température et la vitesse gravitationnelle - ce qu'est la physique de la naissance des planètes - nous n'étions pas en train d'échantillonner la région où naissent les planètes."

Au lieu, les chercheurs ont dû se fier aux observations faites à la surface du disque. Maintenant, Bergin et son équipe, qui comprend le boursier postdoctoral Ke Zhang, ont développé une méthode qui leur permet de scruter ce plan médian - dans ce cas, un disque à environ 180 années-lumière avec une étoile environ 0,8 fois la masse de notre propre soleil.

Pour observer la température et d'autres conditions de naissance de la planète, les astronomes pourraient utiliser l'hydrogène moléculaire, qui est la molécule la plus abondante dans une planète ou une région de formation d'étoiles. Mais l'hydrogène moléculaire n'émet pas aux températures froides associées aux naissances des planètes. Les astronomes doivent donc se concentrer sur une molécule différente qui existe à côté de l'hydrogène moléculaire. Ils appellent cette molécule différente une « molécule traceur », un substitut à l'hydrogène moléculaire. Dans ce document, l'équipe utilise une forme rare de monoxyde de carbone comme molécule traceur.

Leurs découvertes montrent que la lumière de longueur d'onde millimétrique émise naturellement par cette forme rare de monoxyde de carbone trace clairement le plan médian, révélant pour la première fois la formation d'une planète à nos télescopes. Dans ce cas, les observations des astronomes se sont appuyées sur l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, une installation d'astronomie internationale basée au Chili qui mesure les longueurs d'onde radio émises par les molécules de ces disques distants.

Sur la base de la distribution de ce monoxyde de carbone, les astronomes ont pu calculer la masse disponible au niveau du plan médian formant la planète. En utilisant une autre forme rare de monoxyde de carbone, les chercheurs ont également mesuré la température de la région en fonction de la luminosité de la molécule.

"Si vous voulez comprendre la formation de notre système solaire et pourquoi il existe autant de systèmes d'exoplanètes différents, nous devons comprendre le plan médian, " dit Zhang. " C'est l'avion où vous avez la plus grande partie de la masse concentrée, c'est là que la magie opère. "

Une autre conclusion clé de l'article est la première mesure directe de ce qu'on appelle la limite des neiges au monoxyde de carbone. Cette ligne de neige est le rayon auquel le monoxyde de carbone gèle dans le plan médian. Au-delà de ce rayon, la chaleur de l'étoile ne peut plus retenir le monoxyde de carbone sous forme de vapeur dans le plan médian et le monoxyde de carbone gèle sous forme de glace à la surface des grains de poussière.

Être capable d'observer directement la ligne de neige du plan médian est également important pour comprendre les conditions dans lesquelles les planètes se forment, dit Zhang. Le monoxyde de carbone peut avoir un rôle similaire à celui de l'eau dans la formation de notre propre système solaire.

"L'eau, une fois condensé, ajoute beaucoup de masse solide dans la construction d'un noyau de planète, " a déclaré Zhang. " L'eau rend ces solides plus collants afin qu'ils puissent croître plus rapidement. Les astronomes soupçonnent que la limite des neiges au monoxyde de carbone a un impact similaire à celui de l'eau."

Les chercheurs espèrent ensuite utiliser leurs observations de la ligne de neige de ce disque pour tester des théories sur la façon dont les lignes de neige facilitent la formation de planètes dans d'autres disques.

"Avec les capacités de l'Atacama Array et cette nouvelle technique, les astronomes peuvent enfin retracer la formation des planètes en action, " a déclaré Bergin. "Ce sont des informations essentielles nécessaires pour confirmer les théories de la naissance planétaire, et notre comptabilité de masse suggère que la formation des planètes a commencé et que ce disque est en bonne voie pour créer de nouvelles planètes."