Image composite ALMA du disque de débris autour de la jeune étoile 49 Ceti. La répartition des poussières est indiquée en rouge; la distribution du monoxyde de carbone est représentée en vert; et la distribution des atomes de carbone est indiquée en bleu. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.
Les astronomes utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont trouvé une jeune étoile entourée d'une étonnante masse de gaz. L'étoile, appelé 49 Ceti, a 40 millions d'années et les théories conventionnelles de la formation des planètes prédisent que le gaz devrait avoir disparu à cet âge. La quantité énigmatiquement importante de gaz demande une reconsidération de notre compréhension actuelle de la formation des planètes.
Les planètes se forment dans des disques poussiéreux gazeux appelés disques protoplanétaires autour de jeunes étoiles. Les particules de poussière s'agrègent pour former des planètes semblables à la Terre ou pour devenir le noyau de planètes plus massives en collectant de grandes quantités de gaz du disque pour former des planètes géantes gazeuses semblables à Jupiter. Selon les théories actuelles, au fil du temps, le gaz dans le disque est soit incorporé dans les planètes, soit soufflé par la pression de rayonnement de l'étoile centrale. À la fin, l'étoile est entourée de planètes et d'un disque de débris poussiéreux. Ce disque poussiéreux, appelé un disque de débris, implique que le processus de formation de la planète est presque terminé.
Les récents progrès des radiotélescopes ont créé une surprise dans ce domaine. Les astronomes ont découvert que plusieurs disques de débris contiennent encore une certaine quantité de gaz. Si le gaz reste longtemps dans les disques de débris, les graines planétaires peuvent avoir suffisamment de temps et de matériel pour évoluer vers des planètes géantes comme Jupiter. Par conséquent, le gaz dans un disque de débris affecte la composition du système planétaire résultant.
"Nous avons trouvé du gaz carbonique atomique dans le disque de débris autour de 49 Ceti en utilisant plus de 100 heures d'observations sur le télescope ASTE, " dit Aya Higuchi, astronome à l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ). ASTE est un radiotélescope de 10 m de diamètre au Chili exploité par NAOJ. "En prolongement naturel, nous avons utilisé ALMA pour obtenir une vue plus détaillée, et cela nous a donné la deuxième surprise. Le gaz carbonique autour de 49 Ceti s'est avéré 10 fois plus abondant que notre estimation précédente."
Image ALMA du disque de débris autour de la jeune étoile 49 Ceti. La répartition des poussières est indiquée en rouge; la répartition du monoxyde de carbone est représentée en vert; et la distribution des atomes de carbone est indiquée en bleu. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.
Grâce à la haute résolution d'ALMA, l'équipe a révélé pour la première fois la distribution spatiale des atomes de carbone dans un disque de débris. Les atomes de carbone sont plus largement distribués que le monoxyde de carbone, la deuxième molécule la plus abondante autour des jeunes étoiles, les molécules d'hydrogène étant les plus abondantes. La quantité d'atomes de carbone est si importante que l'équipe a même détecté de faibles ondes radio provenant d'une forme plus rare de carbone, 13C. Il s'agit de la première détection de l'émission 13C à 492 GHz dans un objet astronomique, qui est généralement caché derrière l'émission de 12C normal.
"La quantité de 13C n'est que de 1% de 12C, donc la détection de 13C dans le disque de débris était totalement inattendue, " dit Higuchi. " Il est clair que 49 Ceti a une quantité de gaz étonnamment grande. "
Quelle est l'origine du gaz ? Les chercheurs ont suggéré deux possibilités. L'une est qu'il s'agit du gaz résiduel qui a survécu au processus de dissipation dans la phase finale de la formation de la planète. La quantité de gaz autour de 49 Ceti est, cependant, comparables à celles qui entourent des étoiles beaucoup plus jeunes en phase de formation de planètes actives. Il n'y a pas de modèles théoriques pour expliquer comment tant de gaz a pu persister si longtemps. L'autre possibilité est que le gaz ait été libéré par les collisions de petits corps comme des comètes. Mais le nombre de collisions nécessaires pour expliquer la grande quantité de gaz autour de 49 Ceti est trop important pour être pris en compte dans les théories actuelles. Les résultats actuels d'ALMA incitent à reconsidérer les modèles de formation des planètes.
