Pendant des décennies, les astronomes ont découvert des centaines de disques protoplanétaires – des structures qui représentent les premiers stades de notre propre système solaire. Cependant, la plupart de ces découvertes se trouvent dans notre quartier, ce qui peut ne pas refléter les conditions extrêmes trouvées dans d'autres parties de la Voie lactée.
Parmi les régions les plus dynamiques et les plus turbulentes, il y a la zone moléculaire centrale (CMZ) près du centre galactique de la Voie lactée, où la haute pression et la densité peuvent façonner la formation d'étoiles et de planète de manière fondamentalement différente. L'étude des systèmes protoplanétaires dans la CMZ offre une rare opportunité de tester et d'affiner nos théories de la formation du système solaire.
Une équipe internationale de chercheurs a mené le sondage le plus sensible, la plus élevée et la plus complète à ce jour de trois nuages moléculaires représentatifs dans la CMZ de la Voie lactée. Leurs observations ont révélé plus de cinq cents noyaux denses – les sites où les étoiles sont nés.
Les résultats ont été publiés dans la revue Astronomie et astrophysique Sous le titre « Exploration unifiée à double bande de trois nuages de zone moléculaire centrale (duo). » L'équipe comprend des chercheurs de l'Institut Kavli pour l'astronomie et l'astrophysique de l'Université de Pékin (Kiaa, PKU), l'Observatoire astronomique de Shanghai (Shao) et l'Institut d'astrophysique de l'Université de Cologne (UOC), ainsi que plusieurs institutions de collaboration.
La détection de ces systèmes dans la CMZ est exceptionnellement difficile. Ces régions sont distantes, faibles et profondément ancrées dans des couches épaisses de poussière interstellaire. Pour surmonter ces obstacles, l'équipe a utilisé le grand réseau d'Atacama Millimètre / Submillimitter (ALMA) dans le désert chilien de l'Atacama, un télescope interférométrique qui combine des signaux des antennes réparties sur plusieurs kilomètres pour obtenir une résolution angulaire extraordinaire.
« Cela nous permet de résoudre des structures aussi petites que mille unités astronomiques, même aux distances CMZ à environ 17 milliards de UA », a déclaré le professeur Xing Lu, chercheur à l'observatoire astronomique de Shanghai et chercheur principal du projet d'observation d'ALMA.
En reconfigurant le tableau et en observant à plusieurs fréquences, l'équipe a effectué des observations « à double bande » – capturant deux longueurs d'onde différentes à la même résolution spatiale. Tout comme la vision humaine repose sur le contraste des couleurs pour interpréter le monde, l'imagerie à double bande fournit des informations spectrales critiques sur la température, les propriétés de poussière et la structure de ces systèmes éloignés.
À leur grande surprise, les chercheurs ont constaté que plus de 70% des noyaux denses semblaient nettement plus rouges que prévu. Après avoir soigneusement exclu les biais d'observation et d'autres explications possibles, ils ont proposé deux scénarios principaux, ce qui suggère la présence généralisée de disques protoplanétaires.
« Nous avons été étonnés de voir ces » petits points rouges « traverser tous les nuages moléculaires », a déclaré le premier auteur Fengwei Xu, qui mène actuellement des recherches à l'Institut d'astrophysique de l'Université de Cologne dans le contexte de son travail de doctorat. « Ils nous disent la nature cachée des noyaux denses formant des étoiles. »
Une explication possible est que ces noyaux ne sont pas des sphères transparentes et homogènes comme le pensaient autrefois. Au lieu de cela, ils peuvent contenir des structures plus petites et optiquement épaisses – des disques protoplanétaires possibles – dont l'auto-absorption à des longueurs d'onde plus courtes entraîne le rougeur observé. « Cela remet en question notre hypothèse originale de noyaux denses canoniques », a déclaré le professeur Ke Wang, superviseur de doctorat de Fengwei Xu à l'Institut Kavli.
Une autre possibilité implique la croissance des grains de poussière dans ces systèmes. « Dans le milieu interstellaire diffus, les grains de poussière ne sont généralement que quelques microns », a expliqué le professeur Huyu Baobab Liu au Département de physique de l'Université nationale Sun Yat-Sen, qui a dirigé la modélisation du transfert radiatif dans l'étude. « Mais nos modèles indiquent que certains noyaux peuvent contenir des grains de taille millimétrique, qui ne pouvaient se former que dans des disques protoplanétaires et ensuite être expulsés – peut-être par des sorties protostellaires. »
Quel que soit le scénario dominant, les deux nécessitent la présence de disques protoplanétaires. Les résultats suggèrent que plus de trois cents systèmes de ce type peuvent déjà se former dans ces trois nuages CMZ.
« Il est excitant que nous détections des candidats possibles pour les disques protoplanétaires dans le centre galactique. Les conditions sont très différentes de notre quartier, ce qui peut nous donner une chance d'étudier la formation de planète dans cet environnement extrême », a déclaré le professeur Peter Schilke à l'Université de Cologne, Fengwei Xu tardive de la co-versement. Les ressources informatiques et le soutien technique à l'Institut d'astrophysique de l'UOC ont contribué au résultat.
Les futures observations multi-bandes aideront à limiter davantage leurs propriétés physiques et leurs étapes évolutives, offrant un aperçu rare des premiers processus qui donnent naissance à des systèmes planétaires comme les nôtres, même dans les coins les plus extrêmes de la Voie lactée.
