"Ooompah, loompah, roopity rouille ... ALMA trouve des comètes cachées dans la poussière." Selon de nombreuses études de ces dernières années, les astronomes sont conscients que les planètes semblent être partout autour des étoiles. Maintenant, grâce à un télescope doux, le réseau Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), la science a fait un grand pas en avant pour comprendre comment de minuscules grains de poussière dans un disque protoplanétaire peuvent un jour évoluer vers un plus grand format.
À un peu moins de 400 années-lumière de la Terre se trouve un jeune système solaire répertorié sous le nom d'Oph IRS 48. Dans les images prises de ses périmètres extérieurs, les astronomes ont saisi un indice vital dans ses masses tourbillonnantes de poussière - une région en forme de croissant surnommée « piège à poussière ». Les chercheurs pensent que cette zone peut être un cocon protecteur qui permet à des formations rocheuses de prendre forme. Pourquoi une telle région est-elle importante? C'est le facteur smash. Lorsque les astronomes tentent de modéliser la poussière en formations rocheuses, ils ont trouvé que les particules s'autodétruisent… soit en se percutant, soit en étant attirées dans l'étoile centrale. Pour progresser au-delà d'une certaine taille, ils doivent simplement disposer d'une zone de protection pour leur permettre de grandir.
"Il y a un obstacle majeur dans la longue chaîne d'événements qui mène de minuscules grains de poussière à des objets de la taille d'une planète", a déclaré Til Birnstiel, chercheur au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Mass., Et co-auteur de l'article publié dans la revue Science. «Dans les modèles informatiques de formation des planètes, les grains de poussière doivent passer de la taille submicronique à des objets jusqu'à dix fois la masse de la Terre en seulement quelques millions d'années. Mais une fois que les particules grossissent suffisamment, elles commencent à prendre de la vitesse et entrent en collision, les renvoient à la case départ, ou dérivent lentement vers l'intérieur, empêchant toute croissance supplémentaire. »
Alors, où peut se cacher une planète, une comète ou un astéroïde nouveau-né? Nienke van der Marel, doctorante à l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas et auteur principal de l'article, utilisait ALMA avec ses collègues pour examiner de près Oph IRS 48 et a découvert un tore de gaz avec une centrale trou. Cette absence de particules de poussière était très différente des résultats antérieurs relevés sur le Very Large Telescope de l'ESO.
«Au début, la forme de la poussière dans l'image nous a complètement surpris», explique van der Marel. «Au lieu de l'anneau que nous nous attendions à voir, nous avons trouvé une forme de noix de cajou très claire! Nous devions nous convaincre que cette caractéristique était réelle, mais le signal fort et la netteté des observations ALMA ne laissaient aucun doute sur la structure. Ensuite, nous avons réalisé ce que nous avions trouvé. »
Une surprise? Tu paries. L'équipe a découvert une région où les gros grains de poussière restaient captifs et pouvaient continuer à prendre de la masse à mesure que de plus en plus de grains entraient en collision et se mélangeaient. Voici le «piège à poussière» que les théoriciens avaient prédit.
Chargement du lecteur…
Alors, qu'est-ce qui le compose? Pour maintenir les grains de poussière ensemble et la formation nécessite un vortex - une zone de haute pression pour les protéger. Pour former ce vortex, il doit y avoir un grand objet présent, soit une étoile compagnon, soit une géante gazeuse. Comme un bateau s'échappant dans des eaux remplies d'algues, l'objet secondaire dans le disque planétaire dégagerait un chemin dans son sillage, produisant les tourbillons et les tourbillons critiques nécessaires pour façonner le piège à poussière. Bien que des études antérieures sur l'Oph IRS 48 aient découvert un anneau rigide de monoxyde de carbone combiné à de la poussière, aucun «piège» n'a été observé. Cependant, cela ne signifie pas que l'observation était négative. Les astronomes ont également découvert un espace entre les parties intérieure et extérieure du système solaire - un indice de la présence du grand corps nécessaire.
Les conditions étaient réunies pour un éventuel piège à poussière. Entrez ALMA. Maintenant, les chercheurs ont pu voir à la fois le gaz et les grains de poussière plus gros en même temps. Ces nouvelles observations ont conduit à la découverte qu'aucun autre télescope n'avait encore révélé… un renflement déséquilibré dans la partie externe du disque.
Comme l'explique van der Marel: «Il est probable que nous envisagions une sorte d'usine de comètes, car les conditions sont propices à la croissance des particules du millimètre à la taille de la comète. Il est peu probable que la poussière forme des planètes de grande taille à cette distance de l'étoile. Mais dans un avenir proche, ALMA pourra observer des pièges à poussière plus près de leurs étoiles mères, où les mêmes mécanismes sont à l'œuvre. Ces pièges à poussière seraient vraiment les berceaux des planètes naissantes. »
Lorsque les particules plus grosses migrent vers les zones de pression plus élevée, le piège à poussière prend forme. Pour valider leurs résultats, les chercheurs ont utilisé la modélisation informatique pour montrer qu'une région de haute pression pouvait provenir du mouvement du gaz aux bords d'ouverture. Il correspond à l'observation du disque Oph IRS 48.
«La combinaison du travail de modélisation et des observations de haute qualité d'ALMA en fait un projet unique», explique Cornelis Dullemond de l'Institut d'astrophysique théorique de Heidelberg, en Allemagne, qui est un expert de l'évolution des poussières et de la modélisation des disques, et membre de l'équipe. . «Au moment où ces observations ont été obtenues, nous travaillions sur des modèles prédisant exactement ce type de structures: une coïncidence très chanceuse.»
«Cette structure que nous voyons avec ALMA pourrait être réduite pour représenter ce qui pourrait se produire dans le système solaire intérieur où davantage de planètes rocheuses semblables à la Terre se formeraient», a déclaré Birnstiel. "Dans le cas de ces observations, cependant, nous pouvons voir quelque chose d'analogue à la formation de la ceinture de Kuiper de notre Soleil ou du nuage d'Oort, la région de notre système solaire où les comètes seraient originaires."
Comme cette fabrique de rêve de notre enfance, ALMA est toujours en construction. Ces observations uniques ont été prises avec les récepteurs ALMA Band 9 - une instrumentation de fabrication européenne qui permet à ALMA de fournir ses images les plus nettes et les plus détaillées à ce jour.
«Ces observations montrent que l'ALMA est capable de fournir une science transformationnelle, même avec moins de la moitié de la gamme complète utilisée», explique Ewine van Dishoeck de l'Observatoire de Leiden, qui est un contributeur majeur au projet ALMA depuis plus de 20 ans. . «L'incroyable saut de sensibilité et de netteté de l'image dans la bande 9 nous donne l'occasion d'étudier les aspects fondamentaux de la formation des planètes d'une manière qui n'était tout simplement pas possible auparavant.»
Source de l'histoire originale: Communiqué de presse ESO. Pour en savoir plus: NRAO News Release.
