lundi 21 octobre 2019

Des spirales dans les disques protoplanétaires


Quel est le point commun entre une proto-étoile âgée de 500 000 ans engoncée dans une structure de gaz moléculaire nommée HH 111, et le système protoplanétaire le plus proche de nous, TW Hya, outre d'avoir tous les deux été observés par le réseau interférométrique ALMA ? Ils montrent tous les deux un disque d'accrétion de gaz avec des spirales ! Deux études parues cette semaine dans Nature Astronomy et The Astrophysical Journal Letters.




Dans les deux études, c'est l'émission submillimétrique qui a permis aux astrophysiciens d'imager le disque d’accrétion avec une résolution de moins de 20 unités astronomiques. Dans l'infra-rouge lointain émis par la poussière dans le cas de HH 111 et avec la raie d'émission du monoxyde de carbone dans le cas de TW Hya. Mais l'origine des bras spiraux, pourtant très similaires, qui sont observés est différente dans ces deux systèmes.

Dans le cas de la protoétoile tout juste naissante du complexe HH 111, les structures spirales confirment les théories du processus d'apport de matière à l'étoile naissante des disques d'accrétion et apportent des informations importantes sur le processus de formation des planètes selon l'astronome taiwanais Chin-Fei Lee (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics) et ses collaborateurs. Les deux bras spiraux jouent un rôle crucial dans le transport de moment angulaire. D'après les chercheurs, ces formes spirales sont produites par le phénomène d’accrétion de matière à partir du milieu environnant, un nuage de gaz moléculaire.
La protoétoile HH 111 VLA 1, distante de 1300 années-lumière et 50% plus massive que le Soleil, montre un disque de gaz et de poussière qui s'étend sur 160 Unités Astronomiques (la distance Terre-Soleil). Les observations précédentes n'avaient pas pu distinguer le moindre bras spiral car elles avaient une résolution spatiale de 120 UA. Cette fois, Lee et ses collaborateurs ont pu voir des détails aussi petits que 16 UA, ce qui change tout. C'est la première fois qu'une telle sous-structure est observée dans le disque d'une protoétoile et promet de belles découvertes futures.


Dans le cas de TW Hya, la situation est différente : l'étoile est plus âgée, environ 10 millions d'années, et beaucoup plus proche de nous (200 années-lumière). Et surtout, elle possède déjà au moins une planète (10 fois plus massive que Jupiter). 
Richard Teague (Université du Michigan) et ses collègues américains montrent dans leur étude que le disque de gaz et de poussière de TW Hydrae possède trois bras spiraux : deux visibles dans l'image de température et un dans la cartographie de vitesse du gaz. Ils s'étendent entre 70 et 210 UA de l'étoile.
Le bras spiral observé sur la vitesse du gaz passe par l'interstice qui est observé dans le disque protoplanétaire, à 94 UA de l'étoile, dont l'origine est attribuée à la planète TW Hydrae b. Mais les angles de séparation des trois spirales ont tendance à décroître en fonction de la distance radiale : 9° à 70 UA et 3° à 200 UA. De telles faibles séparations angulaires entre les bras spiraux ne peut pas être expliqué par l'effet de la planète TW Hydrae b selon Teague et ses collaborateurs. Ils incriminent l'existence d'une nouvelle planète encore invisible...


Sources 



Spiral Structures in an Embedded Protostellar Disk Driven by Envelope Accretion
Chin-Fei Lee, Zhi-Yun Li & Neal J. Turner 
Nature Astronomy (14 October 2019) 

Spiral Structure in the Gas Disk of TW Hya
Richard Teague, Jaehan Bae, Jane Huang, and Edwin A. Bergin
The Astrophysical Journal Letters, Volume 884, Number 2 (18 october 2019)


Illustrations

1) HH 111 VLA 1 imagé par ALMA (Lee et al.) 

1) Cartographie en température de TW Hya produite par ALMA (Teague et al.)