Les scientifiques trouvent des preuves aléatoires d’une théorie controversée de la formation planétaire

La légende raconte qu’Isaac Newton a compris pour la première fois le concept de gravité universelle après qu’une pomme lui soit tombée sur la tête, même si le tristement célèbre morceau de fruit aurait pu être en fait a atterri juste à côté du sol. Néanmoins accident et confusion a longtemps joué un rôle important dans le développement de la science.

Ce fut le cas de Thayne Currie, astrophysicien au centre de recherche NASA-Ames et au télescope Subaru. Curriel est peut-être découvert le plus jeune de tous les temps protoplanètesavec la preuve d’une théorie controversée de la formation planétaire, comme récemment publié Astronomie naturelle Étude.

Tout a commencé en 2016, alors qu’il essayait d’étudier l’étoile autour de laquelle il y avait trois protoplanètes possibles. Currie a soudainement eu un problème. “Pour une raison quelconque, notre instrument ne pouvait pas bien se verrouiller sur l’étoile”, explique-t-il. “C’était mon plan de nuit principal, alors j’ai dû trouver un autre plan tout de suite.”

Découverte inattendue

Il avait besoin de recueillir quelques observations, même si peu importait de savoir de quel système stellaire elles provenaient. Il est donc allé chercher un remplaçant. Je me suis immédiatement souvenu de la jeune étoile AB Aurigae, à environ 531 années-lumière de notre soleil. C’était une cible relativement simple, “un disque protoplanétaire brillant avec beaucoup de structure”, dit-il. En termes d’astrophysique, la structure fait référence aux variations spatiales, ce qui signifie que ce disque avait beaucoup à voir.

“Alors j’ai pensé que si nous mettions cette étoile sur la cible, nous découvririons quelque chose et c’est plutôt utile”, note Currie. “Je ne sais pas ce que ce sera, mais c’est en quelque sorte utile.”

D’autres observatoires et instruments avaient déjà étudié Ab Aurigae, mais le télescope Subaru de Mauna Kei, à Hawaï, offre une technologie de pointe. Curry explique. Il affirme également que c’est le meilleur de la planète pour l’optique adaptative.

En plus du disque multispiral autour d’AB Aurigae, Currie a également marqué une tache brillante et particulière au sud de l’étoile. Il pensait que c’était juste une partie déformée du disque, mais lui et ses collègues l’ont trouvé dans une autre collection de données. L’équipe de Currie a trouvé des preuves de cela un autre papier avait prédit la planète à cet endroit même.

Currie a remarqué un endroit inhabituel sur AB Aurigae, ce qui a conduit à une découverte surprenante. (Crédit : T. Currie / Télescope Subaru)

Tout cela semblait très prometteur, mais Currie note que le domaine de la recherche sur les protoplanètes rappelle un cimetière de revendications non étayées. “La fausse histoire de ces affirmations est très longue, vous devez donc être particulièrement prudent”, explique-t-il.

Cependant, 13 ans de données du télescope Hubble ont montré qu’une protoplanète hypothétique tournait autour d’une étoile et se déplaçait dans le sens antihoraire, comme on le sait pour le disque ; d’autres données indiquaient que la luminosité de la tache différait de celle du disque. De plus, l’analyse de l’intensité de la lumière polarisée a montré que la tache était séparée du disque. “Cette preuve nous donne l’assurance que nous voyons une protoplanète, et rien d’autre”, dit-il.

Ce n’est pas non plus une protoplanète. En plus d’être le plus jeune à ce jour, il est exceptionnellement éloigné de sa mère – jusqu’à 93 ans unités astronomiques (AU). Il explique que les scientifiques ont eu la première occasion d’étudier la protoplanète, qui est toujours à l’intérieur du gaz et de la poussière dont elle est issue, et fournit des preuves d’une théorie controversée de la formation de planètes géantes gazeuses appelée instabilité du disque.

Recettes de géant de gaz

Le modèle conventionnel, appelé accumulation nucléaire, explique que les planètes se forment lorsque des morceaux de matériau rocheux entrent en collision, grossissant progressivement et acquérant plus de gravité. C’est ainsi que les scientifiques pensent que les planètes rocheuses de notre système solaire ont vu le jour. En 1980 un la théorie Hiroshi Mizuno a suggéré que des planètes rocheuses suffisamment massives pesant environ 10 Terre auraient acquis suffisamment de gravité pour devenir des géantes gazeuses.

Cependant, dans ce cas, selon Currie, l’instabilité du disque offre une explication plus simple en raison de la masse importante du disque protoplanétaire autour d’AB Aurigae et de la distance de la protoplanète à l’étoile. Selon l’hypothèse d’instabilité du disque, un disque protoplanétaire particulièrement massif suffisamment éloigné de la lettre d’origine est suffisamment froid et suffisamment grand pour que ses parties puissent s’effondrer sous l’effet de la gravité pour former des branches hélicoïdales. Cela crée de petites perturbations et une instabilité dans les mains des poches de gravité, qui attirent le matériau. Cela crée un effet d’évasion : au fur et à mesure que la pièce grandit, elle acquiert plus de gravité et aspire la matière encore plus rapidement. Finalement, une nouvelle planète se matérialisera.

Étant donné que le système AB Aurigae a des branches hélicoïdales et que la protoplanète identifiée par Currie et son équipe est plus massive que Jupiter, mais plus de 20 fois plus éloignée de son étoile que ne l’est Jupiter, « elle répond à ce que l’on attend d’un disque. instabilité », dit-il.

B Aurigae est entouré d’un disque protoplanétaire. (Crédit : ESO / Boccaletti et al. / Wikimedia Commons)

C’était une bonne nouvelle pour Alan Boss, qui fut le premier offert théorie de l’instabilité du disque en 1997. Au cours de sa thèse à l’Université de Californie à Santa Barbara, il a écrit des modèles qui surveillent l’effondrement des nuages ​​de gaz et de poussière lorsqu’ils forment des systèmes stellaires. Le patron espérait comprendre comment les disques protoplanétaires évoluaient. Cependant, alors qu’il conduisait les modèles, il a découvert que certains systèmes étaient suffisamment massifs pour s’effondrer. “Je n’essayais pas de trouver un autre moyen de créer une planète”, explique-t-il, “mais je suis tombé dessus.”

Il compare sa théorie à l’hérésie de la communauté scientifique. Après tout, les premières découvertes de l’exoplanète semblaient remettre en question sa théorie. Les 100 premiers environ Jupiter chaud (géantes gazeuses en orbite très proche de leur étoile mère, le type d’exoplanète le plus facilement identifiable) vues par les astronomes, entourent les étoiles de plus de métaux ou d’éléments chimiques plus lourds que l’hélium. L’idée était que si vous aviez plus de métaux, vous aviez plus de matériaux pour construire Jupiter chaud par accrétion nucléaire, dit-il. Et puisque les astronomes ont trouvé plus de planètes autour de ces étoiles, il a été considéré comme une preuve que ces planètes formaient une accrétion de noyaux.

“Il nous est simplement venu à l’esprit alors [recent] Le résultat est ce qui ressemble définitivement à une protoplanète au milieu d’une spirale “, dit-il. La prochaine étape, selon lui, consiste à déterminer la taille de la masse étudiée (géante gazeuse), il est crucial de déterminer la taille de la protoplanète.

Des grappes comme preuve

AB Aurigae peut avoir des preuves encore plus fortes d’instabilité du disque. L’équipe de Currie a marqué deux zones d’intérêt à une distance astronomique, à environ 430-580 étoiles UA. “Morphologiquement, ils ressemblent à des morceaux”, dit Currie, “et nous les marquons comme des sites potentiels de formation planétaire.” S’il s’avère qu’il s’agit de protoplanètes, il ne comprend pas comment elles ont pu se former par accrétion nucléaire.

Le patron dit avoir lancé des modèles d’étoiles d’une masse solaire d’environ 1,5, ce qui est plus petit qu’AB Aurigae (il a environ deux masses solaires). “J’ai montré qu’il pouvait facilement créer quatre ou cinq pièces massives”, dit-il. Ainsi, si ces autres propriétés s’avèrent être liées et tournent autour de l’étoile, elle voit des signes d’instabilité du disque.

Il a noté que les pièces identifiées par l’équipe de Currie seraient très éloignées pour former la planète, même en raison de l’instabilité du disque. Mais “s’ils sont sortis et difficiles à faire en raison de l’instabilité du disque, il serait encore plus difficile de collecter les cœurs”, déclare Boss.

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