ALMA et le VLA ont observé plus de 300 protoétoiles et leurs jeunes disques protoplanétaires dans Orion. Cette image montre un sous-ensemble d'étoiles, y compris quelques binaires. Les données ALMA et VLA se complètent :ALMA voit la structure du disque externe (visualisée en bleu), et le VLA observe les disques internes et les noyaux en étoile (orange). Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Une équipe internationale d'astronomes a utilisé deux des radiotélescopes les plus puissants au monde pour créer plus de trois cents images de disques formant des planètes autour de très jeunes étoiles dans les nuages d'Orion. Ces images révèlent de nouveaux détails sur les lieux de naissance des planètes et les premiers stades de la formation des étoiles.
La plupart des étoiles de l'univers sont accompagnées de planètes. Ces planètes naissent dans des anneaux de poussière et de gaz, appelés disques protoplanétaires. Même les très jeunes étoiles sont entourées de ces disques. Les astronomes veulent savoir exactement quand ces disques commencent à se former, et à quoi ils ressemblent. Mais les jeunes étoiles sont très faibles, et il y a des nuages denses de poussière et de gaz qui les entourent dans des pépinières stellaires. Seuls les réseaux de radiotélescopes très sensibles peuvent repérer les minuscules disques autour de ces étoiles naissantes au milieu du matériau densément emballé dans ces nuages.
Pour cette nouvelle recherche, les astronomes ont pointé à la fois le très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) de la National Science Foundation (VLA) et le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA) vers une région de l'espace où de nombreuses étoiles sont nées :les nuages moléculaires d'Orion. Cette enquête, appelé VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM), est la plus grande enquête sur les jeunes étoiles et leurs disques à ce jour.
De très jeunes stars, aussi appelées protoétoiles, former des nuages de gaz et de poussière dans l'espace. La première étape de la formation d'une étoile est lorsque ces nuages denses s'effondrent sous l'effet de la gravité. Alors que le nuage s'effondre, il commence à tourner, formant un disque aplati autour de la protoétoile. La matière du disque continue de nourrir l'étoile et de la faire grandir. Finalement, le matériel restant dans le disque devrait former des planètes.
De nombreux aspects de ces premières étapes de la formation des étoiles, et comment le disque se forme, sont encore flous. Mais cette nouvelle enquête fournit quelques indices manquants alors que le VLA et l'ALMA ont scruté à travers les nuages denses et ont observé des centaines de protoétoiles et leurs disques à différents stades de leur formation.
Les Nuages Moléculaires d'Orion, la cible de l'enquête VANDAM. Les points jaunes sont les emplacements des protoétoiles observées sur une image de fond bleu réalisée par Herschel. Les panneaux latéraux montrent neuf jeunes protoétoiles imagées par ALMA (bleu) et le VLA (orange). Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA
Jeunes disques formant planète
"Cette enquête a révélé la masse et la taille moyennes de ces très jeunes disques protoplanétaires, " a déclaré John Tobin du National Radio Astronomy Observatory (NRAO) à Charlottesville, Virginie, et chef de l'équipe d'enquête. « Nous pouvons maintenant les comparer à des disques plus anciens qui ont également été étudiés de manière intensive avec ALMA. »
Ce que Tobin et son équipe ont trouvé, est que de très jeunes disques peuvent être de taille similaire, mais sont en moyenne beaucoup plus massifs que les anciens disques. "Quand une étoile grandit, il ronge de plus en plus de matériel du disque. Cela signifie que les disques plus jeunes ont beaucoup plus de matière première à partir de laquelle les planètes pourraient se former. Des planètes peut-être plus grosses commencent déjà à se former autour de très jeunes étoiles."
Quatre protostars spéciales
Parmi des centaines d'images d'enquête, quatre protoétoiles étaient différentes des autres et ont attiré l'attention des scientifiques. "Ces étoiles nouveau-nées avaient l'air très irrégulières et blobby, " a déclaré Nicole Karnath, membre de l'équipe de l'Université de Tolède, Ohio (maintenant au SOFIA Science Center). "Nous pensons qu'ils sont dans l'une des premières étapes de la formation d'étoiles et que certains ne se sont peut-être même pas encore transformés en protoétoiles."
Le schéma montre une voie proposée (rangée du haut) pour la formation de protoétoiles, basé sur quatre très jeunes protoétoiles (rangée du bas) observées par VLA (orange) et ALMA (bleu). L'étape 1 représente le fragment de gaz et de poussière qui s'effondre. A l'étape 2, une région opaque commence à se former dans le nuage. A l'étape 3, un noyau hydrostatique commence à se former en raison d'une augmentation de la pression et de la température, entouré d'une structure en forme de disque et le début d'un écoulement. L'étape 4 décrit la formation d'une protoétoile de classe 0 à l'intérieur de la région opaque, qui peut avoir un disque supporté en rotation et des sorties plus bien définies. L'étape 5 est une protoétoile de classe 0 typique avec des écoulements qui ont traversé l'enveloppe (la rendant optiquement visible), une accumulation active, disque supporté en rotation. Dans la rangée du bas, les contours blancs sont les sorties de protoétoiles comme on le voit avec ALMA. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Karnath; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton et S. Dagnello
Il est spécial que les scientifiques aient trouvé quatre de ces objets. "Nous trouvons rarement plus d'un tel objet irrégulier dans une observation, " ajouta Karnath, qui a utilisé ces quatre étoiles naissantes pour proposer une voie schématique pour les premières étapes de la formation des étoiles. "Nous ne savons pas exactement quel âge ils ont, mais ils ont probablement moins de dix mille ans."
A définir comme une protoétoile typique (classe 0), les étoiles ne devraient pas seulement être entourées d'un disque aplati en rotation, mais aussi un écoulement - crachant de la matière dans des directions opposées - qui nettoie le nuage dense entourant les étoiles et les rend optiquement visibles. Cette sortie est importante, car cela empêche les étoiles de devenir incontrôlables pendant leur croissance. Mais quand exactement ces sorties commencent à se produire, est une question ouverte en astronomie.
L'une des étoiles infantiles de cette étude, appelé HOPS 404, a une sortie de seulement deux kilomètres (1,2 miles) par seconde (une sortie typique de protostar de 10-100 km/s ou 6-62 miles/s). "C'est un gros soleil gonflé qui rassemble encore beaucoup de masse, mais vient de commencer sa sortie pour perdre son élan angulaire pour pouvoir continuer à grandir, " a expliqué Karnath. "C'est l'un des plus petits écoulements que nous ayons vus et cela soutient notre théorie sur la première étape de la formation d'une protoétoile."
Combiner ALMA et VLA
La résolution et la sensibilité exquises fournies par ALMA et le VLA ont été cruciales pour comprendre à la fois les régions externes et internes des protoétoiles et de leurs disques dans cette étude. Alors qu'ALMA peut examiner en détail le matériau dense et poussiéreux autour des protoétoiles, les images du VLA réalisées à des longueurs d'onde plus longues étaient essentielles pour comprendre les structures internes des plus jeunes protoétoiles à des échelles plus petites que notre système solaire.
"L'utilisation combinée d'ALMA et du VLA nous a donné le meilleur des deux mondes, " dit Tobin. " Grâce à ces télescopes, nous commençons à comprendre comment commence la formation des planètes."
