Les astronomes observent trois anneaux de fer dans un disque formant planète

L'origine de la Terre et du système solaire inspire les scientifiques et le public. En étudiant l'état actuel de notre planète et d'autres objets du système solaire, les chercheurs ont dressé un tableau détaillé des conditions dans lesquelles ils ont évolué à partir d'un disque composé de poussière et de gaz entourant le soleil naissant il y a environ 4,5 milliards d'années.

Grâce aux progrès époustouflants réalisés dans la recherche sur la formation d'étoiles et de planètes visant des objets célestes lointains, nous pouvons désormais étudier les conditions dans les environnements autour des jeunes étoiles et les comparer à celles dérivées du système solaire primitif. C'est exactement ce qu'a fait une équipe internationale de chercheurs dirigée par József Varga de l'Observatoire Konkoly de Budapest, en Hongrie, en utilisant l'interféromètre à très grand télescope (VLTI) de l'Observatoire européen austral (ESO). Ils ont observé le disque formant planète de la jeune étoile HD 144432, à environ 500 années-lumière.

“En étudiant la répartition de la poussière dans la région la plus interne du disque, nous avons détecté pour la première fois une structure complexe dans laquelle la poussière s'accumule en trois anneaux concentriques dans un tel environnement”, explique Roy van Boekel. Il est scientifique à l'Institut Max Planck d'astronomie (MPIA) à Heidelberg, en Allemagne, et co-auteur de l'article de recherche sous-jacent qui paraîtra dans la revue Astronomie et astrophysique.

“Cette région correspond à la zone où se sont formées les planètes rocheuses du système solaire”, ajoute van Boekel. Par rapport au système solaire, le premier anneau autour de HD 144432 se trouve sur l'orbite de Mercure et le second est proche de la trajectoire de Mars. De plus, le troisième anneau correspond à peu près à l'orbite de Jupiter.

Jusqu'à présent, les astronomes ont découvert de telles configurations principalement à des échelles plus grandes, correspondant aux domaines situés au-delà de l'endroit où Saturne tourne autour du soleil. Les systèmes d'anneaux dans les disques autour des jeunes étoiles indiquent généralement que des planètes se forment dans les interstices à mesure qu'elles accumulent de la poussière et des gaz sur leur passage.

Cependant, HD 144432 est le premier exemple d’un système d’anneaux aussi complexe si proche de son étoile hôte. Il se produit dans une zone riche en poussière, élément constitutif des planètes rocheuses comme la Terre. En supposant que les anneaux indiquent la présence de deux planètes se formant dans les espaces, les astronomes ont estimé que leurs masses ressemblaient à peu près à celle de Jupiter.

Les conditions peuvent être similaires à celles du premier système solaire

Les astronomes ont déterminé la composition de la poussière à travers le disque jusqu'à une séparation de l'étoile centrale qui correspond à la distance entre Jupiter et le soleil. Ce qu'ils ont découvert est très familier aux scientifiques qui étudient la Terre et les planètes rocheuses du système solaire : divers silicates (composés métal-silicium-oxygène) et d'autres minéraux présents dans la croûte et le manteau terrestre, et peut-être du fer métallique comme celui de Mercure et de la Terre. noyaux. Si elle est confirmée, cette étude serait la première à découvrir du fer dans un disque en formation de planète.

“Jusqu'à présent, les astronomes ont expliqué les observations de disques poussiéreux avec un mélange de poussières de carbone et de silicate, des matériaux que nous voyons presque partout dans l'univers”, explique van Boekel. Cependant, d’un point de vue chimique, un mélange de fer et de silicate est plus plausible pour les régions chaudes et internes du disque.

En effet, le modèle chimique que Varga, l'auteur principal de l'article de recherche sous-jacent, a appliqué aux données donne des résultats mieux adaptés en introduisant du fer au lieu du carbone.

De plus, la poussière observée dans le disque HD 144432 peut être aussi chaude que 1 800 Kelvin (environ 1 500 degrés Celsius) sur le bord intérieur et aussi modérée que 300 Kelvin (environ 25 degrés Celsius) plus loin. Les minéraux et le fer fondent et se recondensent, souvent sous forme de cristaux, dans les régions chaudes proches de l'étoile.

À leur tour, les grains de carbone ne survivraient pas à la chaleur et seraient plutôt présents sous forme de monoxyde de carbone ou de dioxyde de carbone. Cependant, le carbone pourrait encore être un constituant important des particules solides du disque externe froid, ce que les observations réalisées pour cette étude ne permettent pas de retracer.

Les poussières riches en fer et pauvres en carbone s’adapteraient également parfaitement aux conditions du système solaire. Mercure et la Terre sont des planètes riches en fer, alors que la Terre contient relativement peu de carbone. “Nous pensons que le disque HD 144432 pourrait être très similaire au premier système solaire qui a fourni beaucoup de fer aux planètes rocheuses que nous connaissons aujourd'hui”, explique van Boekel. “Notre étude pourrait constituer un autre exemple montrant que la composition de notre système solaire peut être assez typique.”

L'interférométrie résout les petits détails

La récupération des résultats n’a été possible qu’avec des observations à haute résolution exceptionnelle, telles que fournies par le VLTI. En combinant les quatre télescopes VLT de 8,2 mètres de l'Observatoire de Paranal de l'ESO, ils peuvent résoudre les détails comme si les astronomes employaient un télescope doté d'un miroir primaire de 200 mètres de diamètre. Varga, van Boekel et leurs collaborateurs ont obtenu des données à l'aide de trois instruments pour obtenir une large couverture de longueur d'onde allant de 1,6 à 13 micromètres, représentant la lumière infrarouge.

MPIA a fourni des éléments technologiques essentiels à deux appareils, GRAVITY et l'expérience spectroscopique multi-infrarouge à ouverture moyenne (MATISSE). L'un des principaux objectifs de MATISSE est d'étudier les zones rocheuses des disques de formation des planètes autour des jeunes étoiles. “En examinant les régions internes des disques protoplanétaires autour des étoiles, nous visons à explorer l'origine des différents minéraux contenus dans le disque, des minéraux qui formeront plus tard les composants solides de planètes comme la Terre”, explique Thomas Henning, directeur et directeur de la MPIA. co-PI de l'instrument MATISSE.

Cependant, produire des images avec un interféromètre comme celles que nous avons l’habitude d’obtenir à partir de télescopes uniques n’est pas simple et prend beaucoup de temps. Une utilisation plus efficace du précieux temps d’observation pour déchiffrer la structure de l’objet consiste à comparer les données clairsemées aux modèles de configurations cibles potentielles. Dans le cas du disque HD 144432, une structure à trois anneaux représente le mieux les données.

Dans quelle mesure les disques structurés et riches en fer formant des planètes sont-ils courants ?

Outre le système solaire, HD 144432 semble fournir un autre exemple de planètes se formant dans un environnement riche en fer. Mais les astronomes ne s’arrêteront pas là.

“Nous avons encore quelques candidats prometteurs qui attendent que le VLTI les examine de plus près”, souligne van Boekel. Lors d’observations antérieures, l’équipe a découvert un certain nombre de disques autour de jeunes étoiles qui indiquent des configurations méritant d’être revisitées. Cependant, ils révéleront leur structure et leur chimie détaillées à l’aide des dernières instruments VLTI. À terme, les astronomes pourront peut-être déterminer si les planètes se forment généralement dans des disques poussiéreux riches en fer à proximité de leurs étoiles mères.