Énigme cosmique : Il n'y a pas assez de gaz protoplanétaire
Les astronomes ont un problème entre leurs mains: comment créer des planètes si vous n’avez pas assez de poussières cosmiques? Une nouvelle étude montre que les disques protoplanétaires – les enveloppes de poussière et de gaz autour des jeunes étoiles qui donnent naissance à des planètes – semblent contenir trop peu de gaz pour produire des planètes.
Il y aurait trop peu de gaz pour produire des planètes
«Cette nouvelle étude nous dit que nous devons vraiment repenser nos théories de la formation planétaire», explique l’astronome Gijs Mulders de l’Université de Chicago, en Illinois, qui n’a pas participé à cette recherche.
Les étoiles naissent à partir d’énormes nuages de gaz et de poussière et sont normalement entourées d’un mince disque de matière. Les grains de poussière dans ce halo entrent en collision puis se collent entre eux. Les amas s’accumulent dans les noyaux planétaires, qui sont assez gros pour attirer par gravitation plus de poussières et de gaz, formant ainsi des planètes.
Mais de nombreux détails sur ce processus restent inconnus, tels que la rapidité avec laquelle les planètes émergent du disque et leur efficacité dans la capture des poussières. Les disques, entourés d’une brume obscure de gaz et de poussière, sont difficiles à observer. Mais les radiotélescopes peuvent pénétrer cette brume et observer sur les plus jeunes étoiles. La brillance des ondes radio émises par la poussière dans le disque peut être utilisée pour donner une estimation raisonnable de sa masse globale de cet amas de poussière.
L’ATMA (Atacama Large Millimeter Array), un observatoire radio du désert d’Atacama au Chili, a beaucoup facilité cette étude des disques protoplanétaires. Cette étude, dirigée par Carlo Manara de l’Observatoire européen du Sud à Munich, en Allemagne, ont utilisé l’ALMA pour comparer les masses de disques protoplanétaires autour de jeunes étoiles âgées de 1 à 3 millions d’années aux masses d’exoplanètes des étoiles plus anciennes de taille équivalente.
Des masses inférieures à la masse totale des exoplanètes
Les masses des disques étaient souvent très inférieures à la masse totale des exoplanètes – parfois 10 ou même 100 fois plus faibles, l’équipe présentera un prochain article dans Astronomy & Astrophysics. Bien que de telles découvertes aient déjà été rapportées pour quelques autres systèmes, cette étude est la première à signaler l’inadéquation des systèmes protoplanétaires. «Je pense que cette étude est vraiment indiscutable», explique Manara.
Il est possible que les astronomes regardent simplement les disques à un moment trop tardif. Peut-être que certaines planètes se sont formées au cours du premier million d’années, en absorbant une grande partie du gaz et de la poussière, explique Manara. L’ALMA a découvert que certaines étoiles extrêmement jeunes, telles que HL Tauri, âgée d’environ 100 000 ans, avaient déjà des trous dans leurs disques, indiquant potentiellement que les protoplanètes avaient absorbé les poussières.
« Mais si vous résolvez un problème, vous vous retrouvez avec un autre », déclare l’astronome Jonathan Williams de l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï à Honolulu, qui n’était pas non plus impliqué dans cette étude. Si des noyaux planétaires se forment rapidement, quand il reste suffisamment de matière dans le disque, rien ne les empêcherait de gonfler pour créer de planètes géantes de la taille de Jupiter. Pourtant, le recensement des exoplanètes montre que la plupart sont des mondes de la taille de la Terre ou de Neptune.
Les télescopes ne montrent qu’une partie du matériel protoplanétaire
Williams est favorable à l’idée que les télescopes actuels ne montrent qu’une partie du matériel protoplanétaire. Les longueurs d’ondes de l’ALMA sont réglées pour mieux voir les plus petites particules de poussière. Mais une grande partie de la masse, peut-être 10 fois plus que ce qui a été observé, pourrait être dissimulée sous la forme de cailloux, qui sont un peu trop gros pour apparaître dans la plupart des télescopes.
Une mise à niveau proposée du Very Large Array, un radiotélescope au Nouveau-Mexique, devrait être en mesure de détecter ces débris cachés, ce qui pourrait expliquer une partie des poussières manquante.
Une dernière possibilité est que les disques protoplanétaires aspirent d’une manière ou d’une autre du matériel supplémentaire provenant du milieu interstellaire environnant.
Les nouveaux télescopes aideront les chercheurs
Manara explique que certaines récentes simulations montrent des jeunes étoiles en train de se former dans des matériaux plus jeunes sur des périodes beaucoup plus longues qu’on ne le pensait auparavant. Il espère que les observations des premières étapes de la formation des étoiles à partir du prochain « Square Kilometer Array » ou du télescope spatial « James Webb » aideront les chercheurs à choisir entre ces différentes hypothèses.
Source : Science