Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA découvrent que les planètes ont du mal à se former dans la région centrale agitée du massif, amas d'étoiles surpeuplé Westerlund 2. Situé 20, à 000 années-lumière, Westerlund 2 est un laboratoire unique pour étudier les processus évolutifs stellaires car il est relativement proche, plutôt jeune, et contient une grande population stellaire.

Une étude de trois ans sur les étoiles de Hubble dans Westerlund 2 a révélé que les précurseurs des disques formant des planètes encerclant les étoiles près du centre de l'amas sont mystérieusement dépourvus de grandes, nuages ​​denses de poussière qui, dans quelques millions d'années, pourraient devenir des planètes.

Cependant, les observations montrent que les étoiles à la périphérie de l'amas ont les immenses nuages ​​de poussière formant des planètes incrustés dans leurs disques. Les chercheurs pensent que notre système solaire a suivi cette recette lorsqu'il s'est formé il y a 4,6 milliards d'années.

Alors pourquoi certaines étoiles de Westerlund 2 ont-elles du mal à former des planètes alors que d'autres n'en ont pas ? Il semble que la formation des planètes dépend de l'emplacement, emplacement, emplacement. Les étoiles les plus massives et les plus brillantes de l'amas se rassemblent dans le noyau, ce qui est vérifié par des observations d'autres régions de formation d'étoiles. Le centre de l'amas contient au moins 30 étoiles extrêmement massives, certains pesant jusqu'à 80 fois la masse du Soleil. Leur rayonnement ultraviolet fulgurant et leurs vents stellaires ressemblant à des ouragans de particules chargées brûlent des disques de chalumeau autour des étoiles voisines de masse inférieure, disperser les nuages ​​de poussière géants.

"Essentiellement, si vous avez des étoiles monstres, leur énergie va modifier les propriétés des disques à proximité, étoiles moins massives, " a expliqué Elena Sabbi, du Space Telescope Science Institute à Baltimore et chercheur principal de l'étude Hubble. "Vous avez peut-être encore un disque, mais les étoiles changent la composition de la poussière dans les disques, il est donc plus difficile de créer des structures stables qui mèneront éventuellement à des planètes. Nous pensons que la poussière s'évapore en 1 million d'années, ou il change de composition et de taille si radicalement que les planètes n'ont pas les éléments constitutifs pour se former. »

Les observations de Hubble représentent la première fois que les astronomes ont analysé un amas d'étoiles extrêmement dense pour étudier quels environnements sont favorables à la formation de planètes. Scientifiques, cependant, débattent encore pour savoir si les étoiles volumineuses naissent au centre ou si elles y migrent. Westerlund 2 a déjà des étoiles massives dans son noyau, même s'il est relativement jeune, Système vieux de 2 millions d'années.

En utilisant la caméra grand champ 3 de Hubble, les chercheurs ont découvert que sur près de 5, 000 étoiles dans Westerlund 2 avec des masses comprises entre 0,1 et 5 fois la masse du Soleil, 1, 500 d'entre eux montrent des fluctuations de leur lumière lorsque les étoiles accumulent de la matière à partir de leurs disques. Le matériau en orbite agglutiné dans le disque bloquerait temporairement une partie de la lumière des étoiles, provoquant des fluctuations de luminosité.

Cependant, Hubble n'a détecté la signature d'un tel matériau en orbite qu'autour d'étoiles en dehors de la région centrale dense de l'amas. Le télescope a été témoin de fortes baisses de luminosité pendant 10 à 20 jours autour de 5% des étoiles avant qu'elles ne reviennent à une luminosité normale. Ils n'ont pas détecté ces baisses de luminosité dans les étoiles résidant à moins de quatre années-lumière du centre. Ces fluctuations pourraient être causées par de gros amas de poussière passant devant l'étoile. Les touffes se trouveraient dans un disque incliné presque par le bord par rapport à la vue depuis la Terre. "Nous pensons que ce sont des planétésimaux ou des structures en formation, " expliqua Sabbi. " Ce pourraient être les graines qui mèneront éventuellement à des planètes dans des systèmes plus évolués. Ce sont les systèmes que nous ne voyons pas près des étoiles très massives. Nous ne les voyons que dans les systèmes en dehors du centre."

Merci à Hubble, les astronomes peuvent maintenant voir comment les étoiles s'accumulent dans des environnements qui ressemblent à l'univers primitif, où les amas étaient dominés par des étoiles monstres. Jusque là, l'environnement stellaire voisin le plus connu qui contient des étoiles massives est la région de naissance des étoiles dans la nébuleuse d'Orion. Cependant, Westerlund 2 est une cible plus riche en raison de sa plus grande population stellaire.

"Les observations de Hubble de Westerlund 2 nous donnent une bien meilleure idée de la façon dont les étoiles de différentes masses changent au fil du temps, et comment les vents puissants et le rayonnement des étoiles très massives affectent les étoiles de faible masse proches et leurs disques, " dit Sabbi. " Nous voyons, par exemple, que les étoiles de masse inférieure, comme notre Soleil, qui sont proches d'étoiles extrêmement massives dans l'amas ont toujours des disques et peuvent toujours accumuler de la matière au fur et à mesure de leur croissance. Mais la structure de leurs disques (et donc leur capacité à former des planètes) semble être très différente de celle des disques autour des étoiles se formant dans un environnement plus calme et plus éloigné du noyau de l'amas. Ces informations sont importantes pour construire des modèles de formation de planètes et d'évolution stellaire."

Ce cluster sera un excellent laboratoire pour les observations de suivi avec le prochain télescope spatial James Webb de la NASA, un observatoire infrarouge. Hubble a aidé les astronomes à identifier les étoiles qui ont des structures planétaires possibles. Avec Webb, les chercheurs peuvent étudier quels disques autour des étoiles n'accrétent pas de matière et quels disques contiennent encore de la matière qui pourrait s'accumuler dans les planètes. Cette information sur 1, 500 étoiles permettront aux astronomes de tracer un chemin sur la croissance et l'évolution des systèmes stellaires. Webb peut également étudier la chimie des disques dans différentes phases évolutives et observer comment ils changent, et aider les astronomes à déterminer quelle influence l'environnement joue dans leur évolution.

Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA, un autre observatoire infrarouge en projet, sera en mesure d'effectuer l'étude de Sabbi sur une zone beaucoup plus vaste. Westerlund 2 n'est qu'une petite tranche d'une immense région de formation d'étoiles. Ces vastes régions contiennent des amas d'étoiles d'âges et de densités différents. Astronomers could use Roman Space Telescope observations to start to build up statistics on how a star's characteristics, like its mass or outflows, affect its own evolution or the nature of stars that form nearby. The observations could also provide more information on how planets form in tough environments.

Sabbi's team's results appeared in The Journal d'astrophysique .