Pour la première fois, les astronomes ont observé avec une précision sans précédent les processus donnant naissance aux étoiles et aux planètes dans les systèmes solaires naissants. En utilisant les deux télescopes Keck du Mauna Kea à Hawaï équipés d'un instrument spécialement conçu nommé ASTRA (ASTrometric and Phase-Referenced Astronomy), Joshua Eisner de l'Université de l'Arizona et ses collègues ont pu scruter profondément les disques protoplanétaires - tourbillonnant des nuages de gaz et poussière qui alimente l'étoile en croissance en son centre et finit par se fondre en planètes et astéroïdes pour former un système solaire. Ce qu'ils ont vu donne un aperçu de la façon dont le gaz hydrogène du disque protoplanétaire est incorporé dans l'étoile.
Afin d'obtenir la résolution extrêmement fine nécessaire pour observer les processus qui se produisent à la frontière entre l'étoile et son disque environnant à 500 années-lumière de la Terre, l'équipe a combiné la lumière des deux télescopes Keck, qui fournit une résolution angulaire plus fine que celle de Hubble. . Eisner et son équipe ont également utilisé une technique appelée spectro-astrométrie pour augmenter encore plus la résolution. En mesurant la lumière émanant des disques protoplanétaires à différentes longueurs d'onde avec les deux miroirs du télescope Keck et en la manipulant davantage avec ASTRA, les chercheurs ont atteint la résolution nécessaire pour observer les processus dans les centres des systèmes solaires naissants.
"La résolution angulaire que vous pouvez atteindre avec le télescope spatial Hubble est environ 100 fois trop grossière pour pouvoir voir ce qui se passe juste à l'extérieur d'une étoile naissante pas beaucoup plus grande que notre soleil", a déclaré Eisner. En d'autres termes, même un disque protoplanétaire suffisamment proche pour être considéré dans le voisinage de notre système solaire apparaîtrait comme une goutte sans particularité.
Avec cette nouvelle technique, l'équipe a pu distinguer les distributions de gaz, principalement constituées d'hydrogène, et de poussière, résolvant ainsi les caractéristiques du disque.
"Nous avons pu nous approcher vraiment, très près de l'étoile et regarder à droite l'interface entre le disque protoplanétaire riche en gaz et l'étoile", a déclaré Eisner.
Des disques protoplanétaires se forment dans les pépinières stellaires lorsque des nuages de molécules de gaz et de particules de poussière commencent à s'effondrer sous l'influence de la gravité.
Tournant initialement lentement, la masse et la gravité croissantes du nuage le rendent plus dense et plus compact. La préservation de l'élan de rotation accélère le nuage à mesure qu'il rétrécit, un peu comme une patineuse artistique tourne plus vite lorsqu'elle tire dans ses bras. La force centrifuge aplatit le nuage en un disque en rotation de gaz et de poussière tourbillonnants, donnant finalement naissance à des planètes en orbite autour de leur étoile dans à peu près le même plan.
Les astronomes savent que les étoiles acquièrent de la masse en incorporant une partie de l'hydrogène gazeux dans le disque qui les entoure, dans un processus appelé accrétion, qui peut se produire de deux manières.
Dans un scénario, le gaz est avalé alors qu'il se lave jusqu'à la surface ardente de l'étoile.
Dans le deuxième scénario, beaucoup plus violent, les champs magnétiques balayant l'étoile repoussent le gaz qui s'approche et le fait se regrouper, créant un espace entre l'étoile et son disque environnant. Plutôt que de clapoter à la surface de l’étoile, les atomes d’hydrogène se déplacent le long des lignes de champ magnétique comme sur une autoroute, devenant surchauffés et ionisés dans ce processus.
"Une fois piégé dans le champ magnétique de l'étoile, le gaz est acheminé le long des lignes de champ s'arquant au-dessus et en dessous du plan du disque", a expliqué Eisner. "Le matériau s'écrase ensuite dans les régions polaires de l'étoile à des vitesses élevées."
Dans cet enfer, qui libère l'énergie de millions de bombes atomiques de la taille d'Hiroshima chaque seconde, une partie du flux de gaz voûté est éjectée du disque et crache loin dans l'espace sous forme de vent interstellaire.
"Nous voulons comprendre comment le matériau s'accumule sur l'étoile", a déclaré Eisner. "Ce processus n'a jamais été mesuré directement."
L’équipe d’Eisner a pointé les télescopes sur 15 disques protoplanétaires avec de jeunes étoiles dont la masse variait entre la moitié et 10 fois celle de notre soleil.
"Nous avons pu discerner avec succès que dans la plupart des cas, le gaz convertit une partie de son énergie cinétique en lumière très proche des étoiles", a-t-il déclaré, signe révélateur d'un scénario d'accrétion plus violent.
"Dans d'autres cas, nous avons vu des preuves de vents lancés dans l'espace avec du matériel s'accumulant sur l'étoile", a ajouté Eisner. "Nous avons même trouvé un exemple - autour d'une étoile de très grande masse - dans lequel le disque peut atteindre la surface stellaire."
Les systèmes solaires que les astronomes ont choisis pour cette étude sont encore jeunes, probablement vieux de quelques millions d'années.
«Ces disques dureront encore quelques millions d'années», a déclaré Eisner. «À ce moment-là, les premières planètes, des géantes gazeuses similaires à Jupiter et à Saturne, pourraient se former, utilisant une grande partie du matériau du disque.»
Des planètes plus solides et rocheuses comme la Terre, Vénus ou Mars ne seront là que bien plus tard.
"Mais les éléments constitutifs de ceux-ci pourraient se former maintenant", a-t-il dit, c'est pourquoi cette recherche est importante pour notre compréhension de la formation des systèmes solaires, y compris ceux avec des planètes potentiellement habitables comme la Terre.
"Nous allons voir si nous pouvons effectuer des mesures similaires des molécules organiques et de l'eau dans les disques protoplanétaires", a-t-il déclaré. "Ce sont celles qui pourraient donner naissance à des planètes avec les conditions pour abriter la vie."
Le document de l'équipe a été publié dans le Astrophysical Journal
Papier: Eisner et al. Hydrogène gazeux à résolution spatiale et spectrale à moins de 0,1 UA des étoiles T Tauri et Herbig Ae / Be.
Source: Université d'Arizona
