Une équipe internationale de scientifiques dirigée par des astronomes de l'Université du Wisconsin – Madison a produit la mesure la plus précise des gaz tourbillonnant autour des jeunes stars et comment leur masse change au fil du temps. La découverte rejoint de nombreuses pièces d'un puzzle qui peuvent révéler quels types de planètes se forment – des types terrestres, des géants du gaz comme Jupiter ou des boules de glace dans le moule Neptune – en tant que systèmes d'étoiles mûrs.
Les chercheurs ont utilisé un éventail de 66 radiotélescopes massifs, le grand réseau d'Atacama Millimètre / Submillimitter, perché à 16 000 pieds dans les montagnes chiliennes, pour étudier les disques de la rotation de gaz dans la gravité de chacune des 30 jeunes étoiles.
« Afin de savoir quel type de planètes et combien de planètes vous pouvez avoir dans un système, l'exigence fondamentale consiste à comprendre la masse dans le disque autour de la jeune star. Nous appelons ces disques des disques protoplanétaires », explique Ke « Coco » Zhang, professeur d'astronomie à UW – Madison et leader de la levé ALMA enquête sur l'évolution des gaz des disques protoplanétaires.
Les étoiles que les chercheurs se sont concentrées sur les âges de moins d'un million d'années à plus de 5 millions d'années. Cela peut sembler ancien, mais ce sont encore des jours de couches pour une étoile.
« Notre système solaire a environ 4,5 milliards d'années », explique Zhang. « Donc, ces systèmes qui n'ont que quelques millions d'années ne sont vraiment que des bébés. »
Les étoiles pour bébés commencent probablement à s'accrocher aux disques protoplanétaires qui sont, par masse, environ 1% de poussière et 99% de gaz – principalement de l'hydrogène et de l'hélium.
Leon Trapman, chercheur postdoctoral UW-Madison dans le laboratoire de Zhang au moment de l'étude, a guidé l'analyse du rayonnement électromagnétique émis par les disques, en comparant les signatures de diverses molécules de gaz pour obtenir une mesure sans précédent de leurs masses. Des études antérieures s'étaient appuyées sur un rapport fixe de monoxyde de carbone – une molécule qui n'est pas particulièrement abondante sur les disques, mais facile à « voir » avec un radio-télescope – à l'hydrogène beaucoup plus abondant.
La nouvelle étude a utilisé une méthode plus fine. En suivant l'intensité de la signature pour les molécules d'un ion, n2H+qui devient plus nombreux à mesure que le monoxyde de carbone se lance, Trapman et les collaborateurs pourraient expliquer la façon dont la teneur en gaz des disques change au cours de leurs premiers millions d'années.
« Maintenant, nous pouvons voir que la masse du gaz diminue très rapidement au cours des premiers millions d'années de disques protoplanétaires, puis la masse du gaz diminue lentement, tandis que la masse de poussière diminue probablement régulièrement au fil du temps », explique Zhang. « Donc, si vous voulez former des géants du gaz comme Jupiter, vous devez vous rendre à travailler là-dessus, alors que plus de gaz est toujours là, et ce n'est que quelques millions d'années. »
Le processus de formation des planètes rocheux, comme le nôtre, peut se dérouler à un rythme plus tranquille sur des centaines de millions d'années, grâce à la persistance de la poussière à partir de laquelle ils sont fabriqués.
Les nouvelles conclusions, qui seront bientôt publiées dans un numéro spécial de Le journal astrophysique Parallèlement à une série d'autres résultats du projet, suggèrent également que les gaz perdus des disques des jeunes étoiles peuvent être « époustouflés » par une sorte de vent disque. Lorsque les molécules de gaz traversent les lignes de champ magnétique dans l'espace, elles peuvent être accélérées hors de leur orbite et se détacher des disques. Le travail est actuellement disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
Maintenant, Zhang et les collaborateurs se tourneront vers la mesure de la composition chimique de la région la plus intérieure dans les disques protoplanétaires, où les planètes rocheuses comme la Terre se formeraient. Le télescope spatial James Webb (JWST) est meilleur que le réseau Atacama pour suivre les matériaux chauds dans la région du disque intérieur, et les chercheurs ont récemment acquis des données JWST sur leurs 30 disques cibles.
« Avec ces données, nous pouvons regarder les matériaux proches du disque, où nous pensons que les planètes rocheuses se forment », explique Zhang. « Si nous pouvons regarder la composition chimique de matériaux comme l'eau et les produits biologiques, nous pouvons comprendre comment ceux qui changent par rapport à l'évolution des disques. »
