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Des planètes rocheuses autour de naines brunes ?

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En utilisant Alma, le grand réseau d'antennes dans les domaines millimétrique et submillimétrique, des astronomes ont découvert pour la première fois des grains de l'ordre du millimètre à la périphérie d'un disque de poussière encerclant une naine brune. On en trouve également dans les disques denses qui entourent les étoiles qui viennent de naître.

Cette vue d'artiste montre le disque de gaz et de poussière cosmique autour d'une naine brune, un objet semblable à une étoile, mais trop petit pour briller comme elle. © Alma (ESO, NAOJ, NRAO), M. Kornmesser (ESO)

Les planètes rocheuses sont supposées se former lors de collisions aléatoires provoquant l'agglomération de particules initialement microscopiques, dans le disque de matière entourant les étoiles. Ces minuscules grains, connus sous le non de poussière cosmique, ressemblent à de la suie très fine ou à du sable. Toutefois, dans les régions externes autour d'une naine brune (un objet semblable à une étoile, mais trop petit pour briller comme elle), les astronomes pensaient que les grains ne pourraient pas s'étoffer car les disques sont trop appauvris et les particules en mouvement trop rapides pour pouvoir se « coller » à la suite de collisions. De plus, les théories en vigueur suggèrent que tous les grains qui parviennent à se former devraient se déplacer rapidement vers la partie centrale de la naine brune, disparaissant des parties externes du disque où on peut les détecter.

Cependant, des chercheurs ont récemment observé des grains de poussière de la taille du millimètre à la périphérie du disque de poussière d'une naine brune, grâce au réseau d'antennes Alma. « Nous avons été totalement surpris de découvrir des grains de la taille du millimètre dans ce petit disque fin », explique Luca Ricci du California Institute of Technology (États-Unis), qui a piloté une équipe d'astronomes basés aux États-Unis, en Europe et au Chili. « Des grains solides de cette taille ne devraient pas pouvoir se former dans les régions périphériques froides d'un disque autour d'une naine brune, mais il apparaît pourtant que c'est possible. Nous ne pouvons pas être certains qu'une planète rocheuse à part entière puisse se développer là, ou si cela a déjà été le cas, mais nous en voyons ici les premières phases. Aussi, nous devrons réviser nos hypothèses sur les conditions requises pour que des corps solides puissent croître»

Lorsqu’il sera achevé, Alma sera constitué de 66 antennes : 54 antennes de 12 m fournies par l’Europe, (25 antennes et une option pour 7 supplémentaires), les États-Unis (idem) et le Japon (4) qui fournira également 12 antennes de 7 m. © Alma, ESO, NRAO, NAOJ

Observations pionnières du disque d'une naine brune pour Alma 

Luca Ricci et ses collègues ont réalisé cette découverte en utilisant le télescope Alma, dans le désert chilien de haute altitude, alors qu'il ne disposait pas encore de la totalité de ses antennes. Alma est un ensemble en cours de développement d'antennes paraboliques de haute précision qui fonctionnent ensemble comme un seul grand télescope pour observer l'univers avec une sensibilité et des détails jamais obtenus auparavant. Les astronomes de l'ESO ont pointé Alma sur la jeune naine brune Iso-Oph 102, également appelée Rho-Oph 102, dans la région de formation d'étoiles Rho Ophiuchi, visible dans la constellation du Serpentaire (Ophiuchus). Avec une masse d'environ 60 fois celle de Jupiter mais de seulement 0,06 fois celle du Soleil, la naine brune a une masse trop faible pour enclencher les réactions thermonucléaires qui font généralement briller les étoiles. Toutefois, elle émet de la chaleur due à sa lente contraction gravitationnelle et brille d'une couleur rougeâtre, bien que beaucoup moins lumineuse qu'une étoile.

L'augmentation de la résolution du radiotélescope Alma par rapport aux télescopes antérieurs a également permis à cette équipe d'identifier de l'oxyde de carbone autour de la naine brune. C'est la première fois que du gaz moléculaire froid est détecté dans un disque de ce type. Cette découverte et la présence de grains de la taille du millimètre laissent supposer que le disque est bien plus semblable à ceux que l'on trouve autour des jeunes étoiles qu'on le croyait jusque-là.

Dans un futur proche, le télescope Alma une fois terminé sera suffisamment puissant pour prendre des images détaillées du disque autour de Rho-Oph 102 et d'autres objets. Pour Luca Ricci, « nous serons bientôt capables non seulement de détecter la présence de petites particules dans les disques, mais aussi et surtout de cartographier leur répartition dans le disque circumstellaire et d'étudier leur façon d'interagir avec le gaz que nous avons aussi détecté dans le disque. Ceci nous aidera à bien mieux comprendre comment se forment les planètes. »

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