ALMA observe un site poussiéreux de formation de planètes

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a réussi à observer un site de formation de planètes en détectant une forte concentration de grains de poussière, un matériau formant des planètes, en dehors des orbites des planètes qui viennent de se former.

Une équipe de recherche internationale dirigée par Kiyoaki Doi, alors doctorant. étudiant à l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ)/Université supérieure d’études avancées, SOKENDAI et actuellement chercheur postdoctoral à l’Institut Max Planck d’astronomie, a effectué des observations à haute résolution d’un disque protoplanétaire autour d’une jeune étoile appelée PDS 70 à une longueur d’onde de 3 mm avec ALMA.

L’objet héberge deux planètes connues et les nouvelles observations d’ALMA ont révélé une accumulation localisée de grains de poussière en dehors des orbites planétaires. Cette découverte suggère que les planètes déjà formées accumulent la matière nécessaire à une planète et facilitent la formation potentielle de la planète suivante. Ces travaux contribuent à révéler le processus de formation de systèmes planétaires constitués de plusieurs planètes, comme le système solaire.

L’article, intitulé « Accumulation asymétrique de poussière du disque PDS 70 révélée par les observations ALMA Band 3 », a été accepté pour publication dans Lettres de journaux astrophysiques. C’est disponible sur le arXiv serveur de préimpression.

À ce jour, plus de 5 000 planètes ont été identifiées à l’intérieur et à l’extérieur du système solaire. Dans certains cas, ils composent des systèmes planétaires constitués de plusieurs planètes. On pense que ces planètes proviennent de grains de poussière de la taille d’un micron présents dans les disques protoplanétaires qui entourent les jeunes étoiles. Cependant, la manière dont ces grains de poussière s’accumulent localement et conduisent à la formation de systèmes planétaires reste inconnue.

PDS 70 est le seul objet céleste connu avec des planètes déjà formées, confirmé par observations optiques et infrarouges, au sein d’un disque protoplanétaire. La révélation de la répartition des grains de poussière dans cet objet donnera un aperçu de la manière dont les planètes déjà formées interagissent avec le disque protoplanétaire environnant et influencent potentiellement la formation ultérieure des planètes.

Des observations antérieures avec ALMA à 0,87 mm ont révélé des émissions en forme d’anneau provenant des grains de poussière en dehors des orbites planétaires. Cependant, la source d’émission peut être optiquement épaisse (opaque, avec des grains de poussière sur le côté proche masquant ceux qui se trouvent derrière eux), et la distribution des émissions observée peut ne pas refléter avec précision la distribution des grains de poussière.

Les chercheurs dirigés par Kiyoaki Doi ont effectué des observations à haute résolution du disque protoplanétaire autour de PDS 70 à une longueur d’onde de 3 mm avec ALMA. Les observations à 3 mm sont optiquement plus fines (plus transparentes), ce qui permet une répartition plus fiable des grains de poussière.

Les nouvelles observations à 3 mm ont montré une distribution différente des observations précédentes à 0,87 mm et ont révélé que l’émission de poussière est concentrée dans une direction spécifique au sein de l’anneau de poussière à l’extérieur des planètes. Cela suggère que les grains de poussière, éléments constitutifs des planètes, s’accumulent dans une région étroite et forment un amas localisé.

L’amas de poussière à l’extérieur des planètes suggère que les planètes déjà formées interagissent avec le disque environnant, concentrant les grains de poussière dans une région étroite située au bord extérieur de leurs orbites. On pense que ces grains de poussière agglomérés se développeront pour former une nouvelle planète.

La formation des systèmes planétaires, comme le système solaire, peut s’expliquer par la formation séquentielle des planètes de l’intérieur vers l’extérieur par la répétition de ce processus. Ce travail a capturé par observation la manière dont les planètes déjà formées interagissent avec leur environnement et déclenchent la formation de la prochaine planète, contribuant ainsi à notre compréhension de la formation du système planétaire.

Kiyoaki Doi, qui a dirigé ces travaux, déclare : « un objet céleste est composé de plusieurs composants, chacun émettant un rayonnement à différentes longueurs d’onde. Ainsi, observer le même objet à plusieurs longueurs d’onde offre une perspective unique sur la cible.

« Dans PDS 70, les planètes ont été découvertes aux longueurs d’onde optiques et infrarouges, tandis que le disque protoplanétaire a été observé aux longueurs d’onde millimétriques. Ce travail montre que le disque présente différentes morphologies, même dans la plage de longueurs d’onde d’observation d’ALMA.

« Cela met en évidence l’importance des observations sur différentes longueurs d’onde, y compris les observations multi-longueurs d’onde avec ALMA. L’observation de plusieurs composants d’une cible avec différents paramètres d’observation avec différents télescopes est nécessaire pour une compréhension globale de l’ensemble du système. »