Repérer les jeunes étoiles et leurs disques protoplanétaires

Imaginez-vous marchant dans un brouillard dense et brumeux au milieu de la nuit, voyant des taches de lumière provenant de voitures et de villes scintillantes au loin. Il est presque impossible de dire si les lumières sont profondément dans le brouillard ou au-delà. Les astronomes qui tentent de trouver de jeunes étoiles sont confrontés à un problème similaire : la lumière des étoiles qu’ils chassent scintille à travers de grandes régions de gaz et de poussière brumeux dans l’espace, appelées nuages ​​moléculaires.

Mais le cœur de ces nuages ​​​​est souvent un terreau fertile pour les jeunes étoiles et planètes, les endroits parfaits pour essayer de comprendre comment se forment les corps célestes, en supposant que les astronomes puissent voir ce qui se passe à travers l’obscurité.

Maintenant, un groupe de scientifiques du département d’astronomie de BU a trouvé un moyen peu coûteux de traverser le brouillard. Ils ont développé une nouvelle méthode qui mesure le flou du nuage de poussière et leur permet de détecter la présence de structures formant des planètes, connues sous le nom de disques protoplanétaires – des disques de gaz et de poussière qui sont présents autour des jeunes étoiles et fournissent le matériau pour les planètes former. Ils ont utilisé leur technique pour obtenir un aperçu plus complet de l’intérieur d’un nuage de poussière moléculaire situé à 450 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau. Là-bas, un système à deux étoiles en est encore à ses balbutiements, ses disques protoplanétaires toujours présents et probablement en train de créer plusieurs nouvelles planètes.

« Nous essayons effectivement de regarder à travers le brouillard du nuage pour voir ce que font ces étoiles, elles sont comme des lampes de poche qui brillent à travers le nuage », explique Dan Clemens, professeur au Collège des arts et sciences et titulaire d’une chaire d’astronomie, et auteur principal d’un article décrivant les techniques utilisées pour observer de plus près les disques de formation des planètes des étoiles. Les conclusions ont été publiées dans Le Journal Astrophysique.

Les scientifiques ne savent pas exactement comment les étoiles et les planètes se forment – ​​bien qu’ils connaissent certains des ingrédients, y compris le gaz, la poussière, la gravité et les champs magnétiques – donc l’étude de systèmes comme celui-ci peut donner un aperçu du déroulement du processus. Dans le nuage du Taureau, une jeune étoile de faible masse et une naine brune tournent l’une autour de l’autre tous les 500 000 ans. Une naine brune est parfois appelée une étoile défaillante, car elle ne fusionne pas l’hydrogène et l’hélium comme le font les étoiles plus brillantes. La naine brune et la jeune étoile sont entourées de disques protoplanétaires.

L’équipe de la BU a examiné pour la première fois les disques dans le nuage du Taurus lorsque Anneliese Rilinger, une étudiante diplômée de cinquième année du département d’astronomie de la BU, a commencé à étudier le système stellaire à l’aide d’ondes radio collectées par l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA), le plus grand radiotélescope de le monde. Rilinger avait déjà publié une étude avec Catherine Espaillat, professeure agrégée d’astronomie au CAS et co-auteur du nouvel article, examinant les disques entourant les étoiles et effectuant une modélisation détaillée des structures du disque.

Son travail utilisant les ondes radio a suscité l’intérêt de Clemens, qui s’est ensuite mis en route avec le reste de leur équipe, y compris Rilinger, Espaillat et le chercheur principal de BU Thushara Pillai, pour tester les observations de Rilinger sur le même système en utilisant une lumière proche infrarouge. longueur d’onde plus courte que les ondes radio, juste au-delà de ce que l’œil humain peut détecter par lui-même. Ils voulaient montrer qu’il était possible de modéliser avec précision les emplacements des disques à l’aide d’outils alternatifs et, par conséquent, plus accessibles.

Lorsque les étoiles émettent de la lumière, celle-ci n’est pas polarisée (ce qui signifie que les ondes lumineuses vont dans plusieurs directions). Mais lorsque la lumière traverse le nuage moléculaire dense, cette lumière devient polarisée – les ondes lumineuses oscillent dans une direction – en raison des propriétés des grains de poussière et du champ magnétique intégré dans le nuage. Les chercheurs ont utilisé un polarimètre proche infrarouge à l’observatoire du télescope Perkins de BU pour mesurer la polarisation de la lumière traversant le nuage. La mesure de la polarisation a permis à l’équipe de recherche de voir les signatures des étoiles, ce qui pourrait leur indiquer l’orientation des disques. Le défi était alors de savoir comment soustraire les effets du nuage environnant pour déterminer la nature exacte de la lumière provenant des étoiles et révéler l’orientation des disques protoplanétaires – à la recherche de poussière dans le nuage de poussière.

L’équipe a confirmé que les données de polarisation dans le proche infrarouge correspondaient aux données des ondes radio, montrant qu’il est possible de mesurer des disques protoplanétaires sans outils à grande échelle comme ALMA. Leur travail a également révélé quelque chose d’intéressant à propos du système : les disques sont dans un alignement étrange que les astronomes ne voient pas souvent – parallèles les uns aux autres et situés perpendiculairement au champ magnétique du plus grand nuage. Souvent, les disques protoplanétaires tournent parallèlement au champ magnétique du nuage de poussière, ce qui rend ce système rare et donne aux chercheurs l’opportunité de glaner de nouvelles informations sur la façon dont les disques forment les planètes.

« C’était passionnant et un tel défi de développer les connaissances sur la façon de supprimer les contributions des nuages ​​aux polarisations intrinsèques des étoiles et des jeunes objets stellaires – c’est quelque chose qui n’a jamais été fait auparavant », a déclaré Clemens. « La polarimétrie dans le proche infrarouge que nous avons réalisée a offert sa propre vision unique des disques, ainsi que la capacité de scruter profondément ces régions optiquement opaques où de nouvelles étoiles se forment. » Leurs outils pourraient être utilisés pour tester la présence et les orientations de disques dans d’autres régions profondément cachées de l’espace.

Bien qu’elles soient encore en train de former des planètes, la naine brune et la jeune étoile du nuage du Taureau semblent déjà avoir des compagnons de masse inférieure qui chevauchent la frontière entre être une planète ou éventuellement une autre naine brune. Dans leur tranche d’espace, les planètes sont susceptibles de se former au cours des cinq prochains millions d’années.