Herschel repère un disque protoplanétaire vraiment atypique

Parmi les étapes conduisant d'un nuagenuage moléculaire froid, comme un globuleglobule de Bok, à un système planétaire, il en est une associée à la présence d'un disque protoplanétaire. C'est dans ce disque riche en poussières et en gazgaz que commence la formation des planètes. Toutefois, on pense généralement que les disques protoplanétaires ont une courte duréedurée de vie, dix millions d'années environ. Il laisse ensuite la place à un disque de débris dans lequel la formation planétaire se poursuit encore pour un temps, mais où il n'existe presque plus de gaz.

Il existe plusieurs modèles de formation et d'évolution des disques protoplanétaires en fonction de leur massemasse (et bien sûr d'autres paramètres, comme la composition et la viscositéviscosité de ces disques). Il est donc important de pouvoir estimer la masse contenue dans ceux que l'on choisit d'étudier avec des télescopestélescopes, comme avec Herschel. Un groupe d'astrophysiciensastrophysiciens vient d'utiliser une nouvelle méthode basée sur la mesure du rayonnement infrarougeinfrarouge lointain pour estimer la masse d'un vieux disque protoplanétairedisque protoplanétaire.

Une vue d'artiste du disque protoplanétaire autour de TW Hydrae. De nouvelles géantes gazeuses attendent peut-être de s'y former. © Nasa, JPL-Caltech

Du deutérure d'hydrogène pour peser des disques protoplanétaires

La cible était l'étoile TW Hydrae, située à 176 années-lumièreannées-lumière du SoleilSoleil dans la constellationconstellation de l'HydreHydre. On estime son âge à dix millions d'années, ce qui veut dire que son disque protoplanétaire devrait être sur le point de se dissiper. Le gaz encore contenu dans ce disque contient des moléculesmolécules de dihydrogène (H₂) en grande majorité. Une petite fraction de ce gaz est en fait constitué de molécules de deutérure d'hydrogènehydrogène, de formule HD, c'est-à-dire qu'elles contiennent un atomeatome d'un isotopeisotope de l'hydrogène, le deutérium (D), ainsi qu'un atome d'hydrogène.

Les molécules d'H₂ n'émettent pas de radiations facilement détectables, contrairement à l'atome d'hydrogène neutre dont on sait retracer la distribution dans la Voie lactéeVoie lactée grâce à la fameuse raie à 21 cm. C'est pourquoi on utilise surtout les radiations émises par la molécule de monoxyde de carbonemonoxyde de carbone (CO) sous l'effet d'un choc avec les molécules d'H₂ pour mesurer leur répartition dans des nuages. Les molécules d'HD peuvent jouer un rôle similaire, et elles permettent une détermination plus précise de la masse d'hydrogène moléculaire présent dans un disque protoplanétaire, si l'on s'y prend bien.

Un futur système de géantes gazeuses ?

Dans le cas de TW Hydrae, les résultats ont été surprenants. Malgré son âge, le disque protoplanétaire contient encore de quoi créer de nombreuses exoplanètesexoplanètes gazeuses. Selon les estimations, l'équivalent de 50 fois la masse de Jupiter est encore présent sous forme de gaz dans le disque de TW Hydrae, ce qui voudrait dire qu'une fois le processus de formation planétaire achevé, l'étoileétoile sera entourée d'un cortège planétaire bien plus important que celui du Système solaireSystème solaire.

 « Ces nouveaux résultats sont une autre étape importante dans la compréhension de la diversité des systèmes planétaires dans l'univers », explique l'un des auteurs de cette découverte, Edwin Bergin. « Nous observons aujourd'hui des systèmes formés de Jupiters massives, de superterressuperterres et d'équivalents de NeptuneNeptune. En pesant ces systèmes à leur naissance, nous pouvons mieux comprendre comment notre Système solaire s'est formé et comment d'autres systèmes planétaires sont possibles. »