Des embryons de disques proto-planétaires beaucoup plus petits que prévu
Publié par Redbran le 10/03/2019 à 14:00
Source: CEA-IRFU
En explorant un échantillon de 16 des plus jeunes proto-étoiles grâce au réseau de l'Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), une équipe internationale d'astronomes, dirigée par des chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA Irfu, vient de montrer qu'une majorité de ces proto-étoiles possédaient des disques proto-planéraires où se formeront plus tard les planètes mais que ces disques précoces étaient beaucoup plus petits que prévus. La taille de ces disques autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) des plus jeunes étoiles connues en pleine phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de formation, pourrait être limitée par l'influence du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité...) dont les effets ont été jusqu'ici sous estimés. Ces résultats font l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) d'un fait marquant de la revue Astronomy & Astrophysics.


A gauche: Image de la distribution spatiale de l'émission millimétrique de la poussière dans le nuage moléculaire proto-stellaire SVS 13 révélant l'existence d'un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) proto-planétaire autour de deux proto-étoiles en formation.
A droite: Courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) de l'intensité de l'émission du disque en fonction de la distance au centre, montrant que le disque ne contribue de façon significative qu'en dessous de 60 UA.

Quelles conditions initiales pour former les disques proto-planétaires ?

Les disques proto-stellaires sont des disques de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) et de poussières qui entourent les "proto-étoiles", étoiles en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour...) de se former, et dans lesquels vont se fabriquer les planètes. Les premières phases de l'évolution d'un disque proto-planétaire sont encore mal comprises car, même pour les plus proches de nous, leur observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) nécessite de pouvoir distinguer au télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un...) des détails inférieurs à la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) d'arc (soit la taille d'une pièce de monnaie vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) à 4 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458...) de distance). En raison de leur très faible température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations...) et de leur enfouissement au cœur de cocons de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...), ces disques et ces proto-étoiles n'émettent pas de lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) mais un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) dit "millimétrique" qui est observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus généralement une information sur un...) par des radio-télescopes. Leur compréhension est d'une importance primordiale pour mieux reconstituer l'origine de notre propre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit...).

Dans le cadre du grand projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) baptisé CALYPSO de l'Institut de radioastronomie millimétrique (L'Institut de radioastronomie millimétrique ou Iram a été fondé en 1979. Il est le résultat d'une collaboration entre la France, l'Allemagne et l'Espagne. Ainsi, il dispose d'un partenaire pour chacun de ces pays : le...) (IRAM), les chercheurs ont utilisé des observations combinées du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) d'antennes radio du plateau de Bure (France) et du grand radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres. Ces ondes radio, bien que plus ou moins...) de 30 m du Pico-Veleta (Espagne) pour produire un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) complet d'observations d'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) de 16 des plus jeunes et des plus proches proto-étoiles, afin d'y chercher des disques dans les toutes premières étapes de leur formation.


L'équipe CALYPSO a analysé en particulier l'émission thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) de la poussière des disques dans cet échantillon de 16 proto-étoiles: "Nous avons décidé d'effectuer l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister entre...) relatives à l'émission de la poussière car ce sont les donnés les plus précises pour étudier la distribution spatiale du disque. La résolution angulaire et la sensibilité permettent de sonder des distances inférieures à 50 UA de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de...) centrale (1UA = la distance moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) Terre-Soleil, environ 150 millions de kilomètres), soit une distance correspondante à la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa...) de la partie la plus centrale du Système solaire, de l'ordre de la distance de Pluton (Pluton, dont la désignation officielle est (134340) Pluton, est la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire et le 10e plus grand astre connu orbitant le Soleil. Originellement considérée comme la plus...) au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...)." explique Anaëlle Maury, auteure principale de l'article.

"Nous avons ciblé les plus jeunes proto-étoiles connues, dites objets de 'Classe 0', car ces objets retiennent encore la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) des conditions initiales de leur formation et nous renseignent sur les toutes premières étapes de la formation des disques." souligne Philippe André, investigateur principal du projet CALYPSO.

L'équipe a pu montrer que pour 11 des 16 proto-étoiles observées, les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) indiquaient bien l'existence d'embryons de disques proto-planétaires. Mais, sur 11 de ces jeunes disques potentiels, seuls 4 sont détectés avec des tailles supérieures à 60 UA. Ces observations uniques suggèrent donc que, si la plupart des proto-étoiles présentent bien des indications de disques proto-planétaires, la grande majorité de ces disques (plus de 75%) sont bien plus petits qu'anticipé. En complétant cette étude par des mesures complémentaires publiées par d'autres chercheurs, l'équipe CALYPSO a pu ensuite vérifier que, sur 26 des plus jeunes proto-étoiles de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), proches et observées de manière similaire, moins d'un tiers avait des disques ayant un rayon supérieur à 60 UA.


"Nos résultats suggèrent que la formation du disque est concomitante à la phase de formation de la proto-étoile mais pourrait se produire à des échelles bien plus petites que celles prédites par les modèles hydrodynamiques de l'effondrement des cœurs proto-stellaires, et que l'effet des champs magnétiques pourrait être un élément clé pour expliquer ces disques plus petits découverts grâce aux observations CALYPSO", précise Anaëlle Maury. Les chercheurs sont désormais impatients de pouvoir confirmer les propriétés des ces disques potentiels en utilisant des données complémentaires qui leur permettront de comprendre de manière plus détaillée comment ces disques primitifs se forment. Il reste encore beaucoup de mystères à dévoiler concernant la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) à l'œuvre lors des premières étapes de la formation du disque et de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour...) !


Contacts CEA IRFU: Anaëlle MAURY et Philippe ANDRE

Référence publication:
"Characterizing young protostellar disks with the CALYPSO IRAM-PdBI survey: large Class (CLASS (CLS) est un célèbre groupe de l'underground informatique. CLASS a cessé son activité le 8 janvier 2004 et en a profité pour réaliser une...) 0 disks are rare"
A. Maury, Ph. André, L. Testi, et al. 2019, publié dans la revue Astronmy & Astrophysics, 621, A76

Voir aussi:
- Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique prépondérant pour la formation des étoiles (03 avril 2018)
- Trop de proto-étoiles massives ! (30 avril 2018)

et les pages
- L'enfance des étoiles
- L'effondrement et la rotation des proto-étoiles
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