L'identification de la période de formation des systèmes planétaires, comme notre système solaire, pourrait être le début du voyage pour découvrir l'origine de la vie. La clé de cela est les sous-structures uniques trouvées dans les disques protoplanétaires – les sites de formation de la planète.
Un disque protoplanétaire est composé de gaz moléculaire à basse température et de poussière, entourant un protostar. Si une planète existe sur le disque, sa gravité rassemblera ou éjectera des matériaux dans le disque, formant des sous-structures caractéristiques telles que les anneaux ou les spirales. En d'autres termes, diverses sous-structures de disque peuvent être interprétées comme des «messages» des planètes formant. Pour étudier ces sous-structures en détail, des observations radio à haute résolution avec ALMA sont nécessaires.
De nombreuses observations ALMA de disques protoplanétaires (ou disques circonsellaires) ont été effectués jusqu'à présent. En particulier, deux grands programmes Alma, DSHARP et Edisk, ont révélé la distribution détaillée de la poussière dans les disques protoplanétaires par des observations à haute résolution.
Le projet DSHARP a découvert que les structures distinctives sont courantes dans les disques circonsellaires autour de 20 jeunes étoiles, chacune dépassant 1 million d'années depuis le début de la formation d'étoiles (voir note ci-dessous).
D'un autre côté, moins de structures distinctives ont été trouvées par le projet Edisk qui a étudié les disques autour de 19 protostars dans la phase d'accrétion (l'étape où l'accrétion de masse sur l'étoile et le disque est active). Cette phase se produit environ 10 000 à 100 000 ans après la naissance étoilée. Cela suggère que les disques ont des caractéristiques diverses en fonction de l'âge de l'étoile.
Ici, la question est: quand les sous-structures, les signes de la formation de la planète apparaissent-elles dans les disques? Pour trouver la réponse, il est nécessaire d'observer les disques d'un large éventail d'âges intermédiaires qui n'ont pas encore été explorés. Cependant, les limites du nombre de disques observables à haute résolution, en raison de la distance et du temps d'observation, rendent difficile de mener une étude statistiquement significative avec une taille d'échantillon suffisamment grande.
Pour surmonter ces limites, l'équipe de recherche s'est tournée vers l'imagerie de super-résolution avec une modélisation clairsemée. En radio-astronomie, les images sont généralement restaurées sur la base d'une hypothèse spécifique pour compenser les données d'observation manquantes. La méthode d'imagerie utilisée des reconstructions sur la base d'une hypothèse plus précise que l'approche conventionnelle, produisant des images à haute résolution même si les mêmes données d'observation sont utilisées. Les résultats sont publiés dans le Publications de la Société astronomique du Japon.
Priism (module Python pour l'imagerie par interférométrie radio avec modélisation clairsemée), le logiciel public développé par une équipe de recherche japonaise, a été utilisé dans cette étude. L'équipe de recherche a utilisé cette nouvelle technique d'imagerie sur les données d'archives d'ALMA, ciblant 78 disques dans la région de formation d'étoiles d'Ophiuchus, située 460 années-lumière du système solaire.
En conséquence, plus de la moitié des images produites dans cette étude ont atteint une résolution plus de trois fois plus élevée que celle de la méthode conventionnelle, qui est comparable à celle des projets DSHARP et EDISK (Fig. 1).
De plus, le nombre total d'échantillons dans cette étude est près de quatre fois plus grand que celui des deux projets précédents, améliorant considérablement la robustesse de notre analyse statistique. Parmi les 78 disques analysés, 27 disques se sont révélés avoir des structures anneaux ou spirales, dont 15 ont été identifiées pour la première fois dans cette étude.
L'équipe a combiné l'échantillon d'Ophiuchus avec ceux du projet d'Edisk pour effectuer une analyse statistique. En conséquence, ils ont constaté que les sous-structures de disque caractéristiques émergent sur des disques avec des rayons supérieurs à 30 unités astronomiques (AU) au début de la formation d'étoiles, quelques centaines de milliers d'années après la naissance d'une étoile (Fig. 2).
Cela suggère que les planètes commencent à se former à un stade beaucoup plus précoce que précédemment, lorsque le disque possède toujours un gaz et une poussière abondants (Fig. 3). En d'autres termes, les planètes grandissent avec leurs très jeunes stars hôtes.
Ayumu Shoshi dit: « Ces résultats, combler l'écart entre les projets d'Edisk et Dsharp, ont été activés par l'imagerie innovante qui permet à la fois d'atteindre une haute résolution et un grand nombre d'échantillons. Bien que ces résultats ne concernent que les disques de la constellation ophiuchus, les futures études d'autres régions de formation d'étoiles révèlent que cette tendance est universelle. »
Remarque: Le stade évolutif d'un protostar est estimé en utilisant la température bolométrique autour de l'étoile. La température bolométrique est une température apparente dérivée de la luminosité totale d'un objet à toutes les longueurs d'onde. Une température bolométrique plus élevée indique un stade évolutif plus avancé, et une température de 650 K suggère qu'environ 1 million d'années se sont écoulées depuis la naissance de l'étoile.
