Un nouveau calendrier pour la formation des planètes ?
Publié par Redbran le 14/10/2019 à 14:00
Source et illustrations: CEA IRFU

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Département d'Astrophysique (DAp) du CEA-Paris Saclay vient pour la première fois de sonder en détail les enveloppes de poussière entourant les étoiles encore en cours de formation (ou proto-étoiles dites de classe 0), grâce au grand interféromètre de l'IRAM, NOEMA, situé sur le Plateau de Bure en France. A leur grande surprise, les chercheurs ont découvert la présence de grains de poussière dont la taille augmente en se rapprochant de la proto-étoile centrale. La présence de gros grains de poussière, déjà formés moins de 100 000 ans après le début de l'effondrement du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage...) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre...) initial, est extrêmement inattendue. Ces grains sont la 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...) première à partir de laquelle se forment les planètes. Ces résultats pourraient donc suggérer que la chronologie de la formation des futures planètes doit être ré-examinée. Ces conclusions sont publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics.

La poussière cosmique, matériau des planètes

Comment les grains de poussière présents dans le gaz interstellaire s'agrègent-ils pour constituer les briques de base des futures planètes ? Cette question reste encore un mystère car sonder les grandes enveloppes de gaz et de poussières entourant les étoiles en cours de formation n'est pas trivial. Cela nécessite en particulier des observations (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...) à haute résolution spatiale car même si ces enveloppes peuvent atteindre des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...) jusqu'à 300 milliards de 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 seconde.) (soit 2 000 fois la distance Terre-Soleil), à la distance des étoiles leur taille sur le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) reste très petite. De plus la 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 de froid et de chaud, provenant du transfert...) de ce gaz étant très faible, il n'émet principalement que de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) au delà de l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que...), dans la gamme dite (sub)milimétrique.

Pour détecter la poussière et en déduire ses propriétés physiques (taille des grains, température, composition), les chercheurs ont étudié 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...) de 12 étoiles en formation du programme CALYPSO, grâce au grand interféromètre NOEMA, un 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 », c'est-à-dire un petit filet), on...) d'antennes placées au sommet du plateau de Bure, dans les Alpes.


Le grand interféromètre NOEMA du Plateau de Bure. Crédits: IRAM

Des grains de poussière plus gros que prévu

Les résultats montrent que l'indice β d'émissivité de la poussière - qui mesure l'efficacité avec laquelle la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) du grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit généralement au passage d'une ligne...) émet son énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique entre...) - est extrêmement bas dans toutes les enveloppes, et qu'il diminue à mesure que l'on va aux plus petits rayons. Ces faibles valeurs sont un signe de la présence de gros grains (> 100 microns) dans ces objets jeunes et indique une croissance régulière jusqu'au centre des disques.

La présence de gros grains dans les environnements d'étoiles très jeunes est cohérent avec les prédictions théoriques d'émission polarisée de la poussière produites par la même équipe, plus tôt cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) [1] . Des observations récentes réalisées avec l'interféromètre ALMA (ESO Chili) suggèrent également que des planètes pourraient déjà être formées dans les disques protoplanétaires âgés de seulement un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un millier de milliers.) d'années. C'est un indice supplémentaire que la formation des grains à partir desquelles les planètes se forment pourrait se produire beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait auparavant.

Le fait que la croissance du grain soit déjà réalisée moins de 100 000 ans après le début du processus de formation des étoiles est néanmoins extrêmement surprenant. Ces résultats pourraient être les prémices d'une révision majeure de la chronologie de la formation des planètes extrasolaires, et questionnent en tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) cas notre compréhension actuelle de l'évolution des grains depuis les régions les plus diffuses du milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est...) jusqu'aux centres des disques circumstellaires où se forment les planètes.


La proto-étoile IRAS 4A. A gauche: La région NGC1333 observée en infrarouge avec le satellite Spitzer/IRAC. Au milieu: Au coeur de cette région, image de la proto-étoile IRAS 4A observée en lumière millimétrique (1mm) au Plateau de Bure. A droite: Variation radiale de l'indice d'émissivité β de la poussière 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 genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de IRAS 4A en fonction de la distance à la proto-étoile. L'indice d'émissivité décroit fortement en se rapprochant de la proto-étoile, indiquant la présence de grains plus gros. Crédit: DAp/CEA

Contact:
- Maud GALAMETZ

Publication:
"Low dust emissivities and radial variations in the envelopes of 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 "endtro". Selon leurs...) 0 protostars: a signature of early grain growth?"
M. Galametz, A. J. Maury, V. Valdivia, L. Testi, A. Belloche, Ph. André
Astronomy & Astrophysics (sous presse), 2019, voir l'article en PDF

Voir aussi sur la base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un...) Arxiv: https://arxiv.org/abs/1910.04652

Ce 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...) a reçu le financement du European Research Council (ERC) sous le programme de l'Union Européene Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline...) 2020 pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) et l'innovation (MagneticYSOs project, grant agreement N° 679937)

Note:
[1] "Indirect evidence of significant grain growth in young protostellar envelopes from polarized dust emission", Valvidia et al . (2019) MNRAS, Vol. 488, Issue 4, p.4897


Voir aussi: Des embryons de disques proto-planétaires beaucoup plus petits que prévu (28 février 2019)
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