Image composite du système stellaire de Fomalhaut. Les données ALMA, représenté en orange, révèlent le disque de débris distant et excentrique dans des détails jamais vus auparavant. Le point central est l'émission non résolue de l'étoile, qui est environ le double de la masse de notre soleil. Les données optiques du télescope spatial Hubble sont en bleu; la zone sombre est un masque coronagraphique, qui a filtré la lumière par ailleurs écrasante de l'étoile centrale. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Mac Gregor; NASA/ESA Hubble, P. Kalas; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Une équipe internationale d'astronomes utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a réalisé la première image complète d'une longueur d'onde millimétrique de l'anneau de débris poussiéreux entourant la jeune étoile Fomalhaut. Cette bande de gravats et de gaz remarquablement bien définie est probablement le résultat de l'écrasement d'exocomètes près des bords extérieurs d'un système planétaire à 25 années-lumière de la Terre.
Des observations ALMA antérieures de Fomalhaut - prises en 2012 alors que le télescope était encore en construction - n'ont révélé qu'environ la moitié du disque de débris. Bien que cette première image n'était qu'un test des capacités initiales d'ALMA, il a néanmoins fourni des indices alléchants sur la nature et l'origine possible du disque.
Les nouvelles observations d'ALMA offrent une vue étonnamment complète de cette bande de débris incandescents et suggèrent également qu'il existe des similitudes chimiques entre son contenu glacé et les comètes de notre propre système solaire.
"ALMA nous a donné cette image incroyablement claire d'un disque de débris entièrement formé, " a déclaré Meredith MacGregor, astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Masse., et auteur principal de l'un des deux articles acceptés pour publication dans le Journal d'astrophysique décrivant ces observations. "On peut enfin voir la forme bien définie du disque, ce qui peut nous en dire beaucoup sur le système planétaire sous-jacent responsable de son apparence très distinctive. »
Fomalhaut est un système stellaire relativement proche et l'un des 20 environ dans lesquels des planètes ont été imagées directement. L'ensemble du système a environ 440 millions d'années, soit environ un dixième de l'âge de notre système solaire.
Comme le révèle la nouvelle image ALMA, une bande brillante de poussière glacée d'environ 2 milliards de kilomètres de large s'est formée à environ 20 milliards de kilomètres de l'étoile.
Image ALMA du disque de débris dans le système stellaire de Fomalhaut. L'anneau est à environ 20 milliards de kilomètres de l'étoile centrale et à environ 2 milliards de kilomètres de large. Le point central est l'émission non résolue de l'étoile, qui est environ le double de la masse de notre soleil. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Mac Gregor
Les disques de débris sont des caractéristiques communes autour des jeunes étoiles et représentent une période très dynamique et chaotique dans l'histoire d'un système solaire. Les astronomes pensent qu'ils sont formés par les collisions en cours de comètes et d'autres planétésimaux dans les confins d'un système planétaire récemment formé. Les débris restants de ces collisions absorbent la lumière de son étoile centrale et réémettent cette énergie sous la forme d'une faible lueur d'une longueur d'onde millimétrique qui peut être étudiée avec ALMA.
En utilisant les nouvelles données ALMA et la modélisation informatique détaillée, les chercheurs ont pu calculer l'emplacement précis, largeur, et la géométrie du disque. Ces paramètres confirment qu'un anneau aussi étroit est probablement produit par l'influence gravitationnelle des planètes du système, a noté MacGregor.
Les nouvelles observations d'ALMA sont également les premières à montrer définitivement « l'éclat de l'apocentre, " un phénomène prédit dans un article de 2016 de Margaret Pan, scientifique au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, qui est également co-auteur des nouveaux articles d'ALMA. Comme tous les objets aux orbites allongées, la matière poussiéreuse du disque de Fomalhaut se déplace plus lentement lorsqu'elle est la plus éloignée de l'étoile. Alors que la poussière ralentit, ça s'accumule, formant des concentrations plus denses dans les parties les plus éloignées du disque. Ces régions denses peuvent être vues par ALMA comme une émission de longueur d'onde millimétrique plus lumineuse.
En utilisant le même jeu de données ALMA, mais en se concentrant sur des signaux distincts de longueur d'onde millimétrique émis naturellement par les molécules dans l'espace, les chercheurs ont également détecté de vastes réserves de monoxyde de carbone gazeux exactement au même endroit que le disque de débris.
"Ces données nous ont permis de déterminer que l'abondance relative de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone autour de Fomalhaut est à peu près la même que celle trouvée dans les comètes de notre propre système solaire, " a déclaré Luca Matrà de l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI, et auteur principal du deuxième article de l'équipe. "Cette parenté chimique peut indiquer une similitude dans les conditions de formation des comètes entre les confins de ce système planétaire et le nôtre." Matrà et ses collègues pensent que ce gaz est soit libéré de collisions continues de comètes, soit le résultat d'une seule, impact important entre les supercomètes des centaines de fois plus massif que Hale-Bopp.
La présence de ce disque de débris bien défini autour de Fomalhaut, avec sa chimie curieusement familière, peut indiquer que ce système subit sa propre version du Late Heavy Bombardment, une période il y a environ 4 milliards d'années, lorsque la Terre et d'autres planètes étaient régulièrement frappées par des essaims d'astéroïdes et de comètes laissés par la formation de notre système solaire.
"Il y a vingt ans, les meilleurs télescopes millimétriques ont donné les premières cartes floues de grains de sable en orbite autour de Fomalhaut. Maintenant, avec toutes les capacités d'ALMA, l'ensemble de l'anneau de matériau a été imagé, " a conclu Paul Kalas, astronome à l'Université de Californie à Berkeley et chercheur principal sur ces observations. "Un jour, nous espérons détecter les planètes qui influencent les orbites de ces grains."
