La région dense L1709 du nuage moléculaire d'Ophiuchus, cartographié par le télescope spatial Herschel, qui entoure et alimente en matière le disque de formation de proto-étoiles et de planètes IRS 63 beaucoup plus petit (emplacement marqué par la croix noire). Crédit :MPE/D. Segura-Cox, Données Herschel de l'ESA/Herschel/SPIRE/PACS/D. Arzoumanien
Les astronomes ont trouvé des preuves convaincantes que les planètes commencent à se former alors que les étoiles naissantes continuent de croître. L'image haute résolution obtenue avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) montre un jeune disque proto-stellaire avec de multiples lacunes et anneaux de poussière. Ce nouveau résultat, vient de paraître dans La nature , montre l'exemple le plus jeune et le plus détaillé d'anneaux de poussière agissant comme des berceaux cosmiques, où les graines des planètes se forment et prennent racine.
Une équipe internationale de scientifiques dirigée par Dominique Segura-Cox à l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) en Allemagne a ciblé la proto-étoile IRS 63 avec l'observatoire radio ALMA. Ce système est à 470 années-lumière de la Terre et situé au plus profond du nuage interstellaire dense L1709 dans la constellation d'Ophiuchus. Des proto-stars aussi jeunes que IRS 63 sont toujours emmaillotées dans une grande et massive couverture de gaz et de poussière appelée enveloppe, et la proto-étoile et le disque s'alimentent à partir de ce réservoir de matière.
Dans les systèmes antérieurs à 1, 000, 000 ans, après que les proto-étoiles aient fini de rassembler la plus grande partie de leur masse, anneaux de poussière ont déjà été détectés en grand nombre. L'IRS 63 est différent :à moins de 500, 000 ans, il a moins de la moitié de l'âge des autres jeunes étoiles avec des anneaux de poussière et la proto-étoile augmentera encore de manière significative en masse. "Les anneaux dans le disque autour de l'IRS 63 sont si jeunes, ", souligne Segura-Cox. "Nous pensions que les étoiles entraient d'abord dans l'âge adulte et étaient ensuite les mères des planètes qui sont venues plus tard. Mais maintenant, nous voyons que les proto-étoiles et les planètes grandissent et évoluent ensemble depuis les premiers temps, comme des frères et sœurs."
L'image ALMA des jeunes anneaux de poussière formant une planète entourant la proto-étoile IRS 63, qui est inférieur à 500, 000 ans. Crédit :MPE/D. Segura-Cox
Les planètes sont confrontées à de sérieux obstacles au cours de leurs premiers stades de formation. Ils doivent pousser à partir de minuscules particules de poussière, plus petit que la poussière domestique ici sur Terre. "Les anneaux dans le disque de l'IRS 63 sont de vastes amas de poussière, prêt à se combiner en planètes, " note la co-auteur Anika Schmiedeke à MPE. Cependant, même après que la poussière se soit agglomérée pour former un embryon de planète, la planète encore en formation pourrait disparaître en s'enroulant vers l'intérieur et en étant consommée par la proto-étoile centrale. Si les planètes commencent à se former très tôt et à de grandes distances de la proto-étoile, ils peuvent mieux survivre à ce processus.
Les anneaux et les lacunes du disque de poussière IRS 63 comparés à un croquis des orbites de notre propre système solaire à la même échelle et orientation du disque IRS 63. Les emplacements des anneaux sont similaires aux emplacements des objets dans notre système solaire, avec l'anneau intérieur de la taille de l'orbite de Neptune et l'anneau extérieur un peu plus grand que l'orbite de Pluton. Crédit :MPE/D. Segura-Cox
L'équipe de chercheurs a découvert qu'il y a environ 0,5 masse de Jupiter de poussière dans le jeune disque de l'IRS 63 à plus de 20 ua de son centre (à une distance similaire à l'orbite d'Uranus dans notre système solaire). C'est sans compter la quantité de gaz, ce qui pourrait ajouter jusqu'à 100 fois plus de matière. Il faut au moins 0,03 masse de Jupiter de matière solide pour former un noyau planétaire qui accumulera efficacement du gaz et se développera pour former une planète gazeuse géante. Le membre de l'équipe Jaime Pineda de MPE ajoute :"Ces résultats montrent que nous devons nous concentrer sur les systèmes les plus jeunes pour vraiment comprendre la formation des planètes." Par exemple, il y a de plus en plus de preuves que Jupiter s'est peut-être formé beaucoup plus loin dans le système solaire, au-delà de l'orbite de Neptune, puis a migré vers l'intérieur jusqu'à son emplacement actuel. De la même manière, la poussière entourant IRS 63 montre qu'il y a suffisamment de matière loin de la proto-étoile et à un stade suffisamment jeune pour qu'il y ait une chance pour cet analogue du système solaire de former des planètes de la manière dont Jupiter est soupçonné de s'être formée.
"La taille du disque est très similaire à notre propre système solaire, " explique Segura-Cox. " Même la masse de la proto-étoile est juste un peu inférieure à celle de notre Soleil. L'étude de ces jeunes disques formant des planètes autour de proto-étoiles peut nous donner des informations importantes sur nos propres origines. »
