24/12/19

Trop de gaz résiduel autour d'une jeune étoile


49 Ceti est une étoile âgée de 40 millions d'années. Des étoiles de cet âge ont déjà formé leurs planètes et peuvent encore être entourées de débris de matériaux, mais plus de gaz d'après les théories en vigueur. Mais 49 Ceti semble contrevenir à la théorie : elle possède encore une grande quantité de gaz dans son disque de débris. Une découverte rapportée par des chercheurs japonais dans deux articles parus dans The Astrophysical Journal et The Astrophysicial Journal Letters.




C'est avec le réseau de radiotélescopes ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) que l'équipe de Aya Higuchi (Observatoire Astronomique National du Japon) a étudié dans le détail 49 Ceti. Ils avaient préalablement observé l'étoile entourée de son disque protoplanétaire avec un autre radiotélescope situé à proximité de ALMA sur le haut plateau de l'Atacama, le radioélescope japonais de 10 m ASTE (Atacama Submillimeter Telescope Experiment). Les radioastronomes japonais ont observé les signes de carbone gazeux : les raies d'émissions caractéristiques du monoxyde de carbone (CO), mais aussi celles du carbone "pur" (via la raie d'émission appelée C I). A leur grande surprise, ils trouvent une abondance de carbone gazeux (atomique) 10 fois plus élevée que ce qui pouvait être attendu. 

Rappelons que les planètes se forment dans un disque protoplanétaire empli de gaz et de poussières. Les particules de poussières s'agglomèrent ente elles pour former des planètes rocheuses ou bien pour devenir les coeurs de planètes plus massives qui collecteront des grandes quantités de gaz pour devenir des planètes géantes gazeuses à l'image de nos Jupiter et Saturne. Selon les modèles acceptés aujourd'hui, tout le gaz qui n'est pas incorporé rapidement par les planètes massives se retrouve soufflé par la pression de radiation de l'étoile. 
A la fin du processus qui dure une dizaine de millions d'années, l'étoile doit se retrouver entourée d'un cortège de planètes et d'un disque de débris et de poussière dénué de gaz.
La présence de gaz résiduel dans un disque de débris peut fortement influencer la nature des planètes qui vont s'y former, en privilégiant des planètes gazeuses.


Aya Higuchi et ses collègues révèlent pour la première fois la distribution spatiale des atomes de carbone dans un disque de débris autour d'une étoile qui a déjà former ses planètes. ALMA leur a permis d'atteindre une résolution inférieure à la seconde d'arc et de montrer que le carbone atomique gazeux s'étend plus largement que le monoxyde de carbone (CO). La quantité de carbone atomique que les chercheurs détectent est si importante qu'ils parviennent à détecter l'autre isotope stable du carbone, le C-13, dont l'abondance naturelle est pourtant très faible (environ 1% du C-12), grâce à une raie d'émission à 492 GHz. C'est même la première fois que le C-13 est détecté dans un objet astrophysique par cette raie d'émission spécifique dans le domaine des ondes radio submillimétriques. 
Si il y a beaucoup de carbone et de monoxyde de carbone, cela induit qu'il y a aussi beaucoup d'hydrogène... Pourquoi y a t-il encore autant de gaz autour de 49 Ceti ? Aya Higuchi et ses collaborateurs lancent deux hypothèses. La première est que ce serait du gaz résiduel qui aurait survécu au processus de dissipation de l'étoile dans la phase finale de formation planétaire. Mais la quantité de gaz ici est comparable à ce qu'on observe autour d'étoiles beaucoup plus jeunes et aucun modèle théorique ne vient expliquer comment autant de gaz aurait persisté aussi longtemps.
La seconde hypothèse avancée est que le gaz observé aurait pu être relâché par de multiples collisions de petits corps comme des comètes. Mais le nombre de collisions nécessaire pour expliquer la quantité de gaz autour de 49 Ceti apparaît beaucoup trop élevé pour être cohérent avec les théories actuelles. 

Les nouvelles observations des astrophysiciens japonais remettent donc en cause les modèles de formation planétaire autour des étoiles jeunes. 


Sources

First Subarcsecond Submillimeter-wave [C I] Image of 49 Ceti with ALMA
A. E. Higuchi et al.
The Astrophysical Journal 883 (1 october 2019)

First Detection of Submillimeter-wave [13C I] 3P1─3P0 Emission in a Gaseous Debris Disk of 49 Ceti with ALMA
A. E. Higuchi et al. 
The Astrophysical Journal Letters 885 (8 november 2019)



Illustration

1) Vue d'artiste de 49 Ceti  (NAOJ)

2) Images obtenues avec ALMA à 614 µm et dans la raie du carbone C I (Higuchi et al)

1 commentaire :

Youx a dit…

Bonjour Eric,
La collision de deux proto planètes gazeuses?
Pas trop massives pour que le gaz puisse être dispersé.