Une vue d'artiste de la naissance d'un système planétaire. © Nasa, JPL-Caltech

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La formation des planètes commencerait avant la naissance des étoiles

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La formation des planètes pourrait commencer alors même que la naissance de l'étoile hôte n'est pas terminée. C'est ce qu'indiquent des observations menées avec le radiotélescope Alma. En effet, l'appareil a permis de scruter un disque protoplanétaire situé autour d'une très jeune proto-étoile, et d'y débusquer des grains de poussières de la taille du millimètre.

Le mystère de la naissance des planètes  Les planètes sont étonnamment variées et complexes. Au nombre de huit dans notre Système solaire, elles se sont formées après le Big Bang selon un scénario surprenant. Découvrez, grâce à Discovery Science, la naissance de ces astres. 

Le nuage moléculaire 1 du Taureau (en anglais Taurus Molecular Cloud 1, donc TMC 1) est un nuage moléculaire situé à environ 450 années-lumière du Soleil dans la Voie lactée. Pour autant qu'on le sache, c'est la nurserie d'étoiles la plus proche du Système solaire, ce qui en fait une cible toute désignée pour un instrument comme l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (en abrégé Alma, qui signifie aussi « âme » en espagnol). En effet, l'un des objectifs scientifiques principaux de ce radiotélescope est de nous aider à comprendre la formation des étoiles et de leurs cortèges d'exoplanètes à travers l'observation des nuages moléculaires.

Les astrophysiciens ont donc tourné le regard d'Alma vers TMC 1A, une proto-étoile de masse déjà comparable à celle du Soleil et située dans TMC 1. Elle est entourée d'un disque protoplanétaire et sa formation aurait commencé il y a environ 100.000 ans seulement.

On estime aussi qu'elle ne contiendrait que la moitié voire les trois quarts de sa masse finale, car l'accrétion de matière de l'enveloppe de la proto-étoile sur son disque d'accrétion puis sur l'astre lui-même n'est pas terminée. Ce système est encore très jeune et les réactions thermonucléaires qui transformeront la proto-étoile en véritable étoile n'ont pas encore commencé.

Mojo, pour Modeling the Origin of JOvian planets, c'est-à-dire « modélisation de l'origine des planètes joviennes », est un projet de recherche qui a donné lieu à une série de vidéos présentant la théorie de l'origine du Système solaire, en particulier de celle des géantes gazeuses. On doit ces vidéos à deux spécialistes réputés, Alessandro Morbidelli et Sean Raymond. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais apparaissent alors. Cliquez ensuite sur la roue dentée à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Laurence Honnorat

Des gros grains de poussières qui bloquent un rayonnement

Une équipe de chercheurs européens vient de faire une découverte étonnante en ce qui concerne TMC 1A, comme elle l'explique dans un article publié dans Nature Astronomy et disponible en accès libre sur arXiv. Cette découverte concerne bien évidemment la cosmogonie, plus précisément la naissance des planètes, car il est raisonnablement possible de penser que l'exemple de TMC 1A est général (toutefois, la prudence impose de faire des études supplémentaires pour établir solidement que nous ne sommes pas confrontés à une exception en ce qui concerne la formation des systèmes planétaires pour des étoiles de type solaire ou peu s'en faut). Il est donc possible de penser que la leçon tirée de ces observations concerne aussi la naissance du Système solaire et qu'elle nous aide ainsi à comprendre une des étapes ayant mené du Big Bang au vivant.

En l'occurrence, les astrophysiciens ont mis en évidence une absence de raies d'émission du monoxyde de carbone (CO) alors qu'il était possible d'attendre leur présence, étant donné ce qui est connu de la composition des nuages moléculaires et des disques protoplanétaires. Des simulations numériques concernant le transfert du rayonnement dans le disque de TMC 1A ont accrédité une hypothèse avancée pour rendre compte de cette observation.

Une vidéo réalisée en images de synthèse montrant une plongée dans un disque protoplanétaire. Nous descendons ensuite à l'échelle des poussières et grains rocheux entrant en collision. Parfois, ces poussières et ces grains se collent les uns aux autres, et c'est ainsi que des objets peuvent croître jusqu'à la formation des planétésimaux à partir de grains de poussières silicatés et carbonés. © ESO, YouTube

Le processus de formation des planètes s'est rapidement enclenché

Les molécules de CO devaient bien être là mais leur rayonnement a dû se retrouver bloqué par la présence de grains de poussières de la taille du millimètre. Ces grains sont une étape menant à la naissance de cailloux puis de planétésimaux de quelques kilomètres à quelques centaines de kilomètres en prélude à la formation des embryons de planètes et des planètes elles-mêmes.

Or, ces grains n'existent pas avec une aussi grande taille initialement dans des nuages moléculaires et poussiéreux sur le point de s'effondrer pour former des proto-étoiles et des disques protoplanétaires ; en effet, ils sont plus petits, de l'ordre du micron.

Les chercheurs en concluent donc que, contrairement à ce que les scientifiques pensaient avant, le processus de formation des planètes s'est très rapidement enclenché dans le disque protoplanétaire autour de TMC 1A et qu'il a débuté avant même que la proto-étoile ne soit arrivée à maturité.

  • Les étoiles et les planètes se forment par effondrement de nuages moléculaires froids et poussiéreux. Une fois le processus amorcé, une sorte d'effet boule de neige fait s'agglomérer des poussières de la taille du micron jusqu'à la formation de cailloux, qui, par le même processus, se collent pour donner des petits corps célestes dépassant le kilomètre, prélude à la formation d'embryons de planètes.
  • Les observations du radiotélescope Alma concernant une proto-étoile située à environ 450 années-lumière du Soleil et entourée d'un disque protoplanétaire de seulement 100.000 ans d'âge indiquent la présence de grains de poussières de taille déjà millimétrique.
  • C'est plus tôt que ce que les scientifiques pensaient, alors que la proto-étoile n'a pas atteint sa taille finale et que les réactions thermonucléaires faisant d'elle une étoile n'ont pas encore commencé.
  • La formation des planètes pourrait donc débuter avant la naissance d'une étoile proprement dite dans un disque protoplanétaire.
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