Les disques qui composent les planètes évoluent de manière étonnamment similaire

Cette impression artistique illustre à quoi ressemblent souvent les disques qui composent la planète autour de jeunes étoiles. Ils se composent à l’origine de poussière et de gaz configurés comme des anneaux de matériau dense. Au fil du temps, les composants solides se transforment en marges qui peuvent éventuellement se transformer en planètes. Parce que les observations ALMA utilisées dans cette étude ne sont sensibles qu’aux grains de poussière de taille millimétrique, les disques développés avec des objets plus gros ou même des planètes donnent un signal relativement faible de la matière résiduelle. De nouveaux résultats montrent que sans rayonnement externe, ces disques se développent de manière similaire. Dans environ un million d’années, la plupart d’entre elles n’auront pas assez de masse pour produire de grosses planètes comme Jupiter. Cependant, de telles planètes peuvent déjà s’y être formées. Crédit : Département graphique MPIA

Un groupe d’astronomes, dirigé par Sierk van Terwisga de l’Institut Max Planck d’astronomie, a analysé la distribution de masse de plus de 870 planètes dans le nuage Orion A. Tirant parti des propriétés statistiques de cet échantillon de disques sans précédent et développant un schéma informatique innovant, ils ont découvert que loin des environnements difficiles tels que les étoiles chaudes, la perte de poids d’un disque ne dépend que de son âge. Les résultats montrent que dans un rayon d’au moins 1 000 années-lumière, les planètes et les systèmes planétaires qui composent la planète se développent de manière similaire.

Certaines des questions les plus passionnantes de la recherche astronomique moderne sont : « À quoi ressemblent les autres systèmes planétaires ? et “Dans quelle mesure le système solaire est-il comparable à d’autres systèmes planétaires?” L’équipe d’astronomes a maintenant donné des indices importants pour résoudre cette énigme.

“Jusqu’à présent, nous ne savions pas avec certitude quelles propriétés dominaient l’évolution des planètes qui composent la planète autour des jeunes étoiles”, explique Sierk van Terwisga, chercheur à l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne. Il est l’auteur principal de l’article de recherche sous-jacent publié dans Astronomie et astrophysique aujourd’hui. “Nos nouveaux résultats montrent maintenant que dans un environnement où il n’y a pas d’influences externes significatives, la masse de disque observée disponible pour former de nouvelles planètes ne dépend que de l’âge du système étoile-disque”, ajoute van Terwisga.

La masse d’un disque est une propriété clé dans l’étude de l’évolution des planètes qui composent la planète. Cette quantité détermine la quantité de matière disponible pour se transformer en planètes. Selon l’âge du disque, il peut également donner des indices sur les planètes qui s’y trouvent déjà. Les influences externes, telles que le rayonnement des étoiles massives à proximité et les vents, sont susceptibles d’affecter la survie du disque. Cependant, de tels environnements sont rares et ces processus ne révèlent pas grand-chose sur les disques eux-mêmes. Au lieu de cela, les astronomes s’intéressent davantage aux propriétés internes du disque, telles que l’âge, la composition chimique ou la dynamique des nuages ​​​​plus anciens d’où les jeunes étoiles ont émergé avec leurs disques.

Pour déduire les différentes contributions, l’équipe d’astronomes a sélectionné une vaste et bien connue région d’étoiles à disques jeunes, le nuage d’Orion A. Il est situé à environ 1 350 années-lumière de la Terre. “Orion A nous a fourni un échantillon sans précédent de plus de 870 disques autour des jeunes étoiles. Il était très important de rechercher de petites variations de masse du disque en fonction de l’âge et même de l’environnement local à l’intérieur du nuage”, explique Álvaro Hacar, co-auteur. et chercheur à l’Université de Vienne en Autriche. . L’échantillon provient d’observations précédentes avec le télescope spatial Herschel, qui a permis d’identifier les disques. La combinaison de plusieurs longueurs d’onde a fourni un critère d’évaluation de leur âge. Parce qu’ils appartiennent tous au même nuage, les astronomes s’attendaient à peu d’effet des variations de la chimie et de l’histoire des nuages. Ils ont également évité les effets des étoiles massives dans la nébuleuse d’Orion (ONC) voisine en rejetant les disques situés à moins de 13 années-lumière.

Pour mesurer le poids du disque, l’équipe d’Atacama a utilisé un grand réseau millimétrique / submillimétrique (ALMA) situé sur le plateau de Chajnantor dans le désert d’Atacama, au Chili. L’ALMA se compose de 66 antennes paraboliques, qui fonctionnent comme un télescope avec une résolution angulaire réglable uniforme. Les chercheurs ont mis en place un mode d’observation qui leur a permis de cibler efficacement chaque disque à une longueur d’onde d’environ 1,2 millimètre. Les disques froids sont brillants dans ce spectre. Par contre, la contribution des étoiles centrales est négligeable. En utilisant cette approche, les astronomes ont déterminé la masse de poussière des disques. Cependant, les observations sont sensibles aux objets bien plus gros que quelques millimètres, comme les roches et les planètes. Par conséquent, l’équipe a effectivement mesuré la masse de matériau dans le disque de formation de planètes.

Les disques qui composent les planètes évoluent de manière étonnamment similaire

Cette image représente un nuage géant d’étoiles Orion A surveillé par l’instrument SPIRE (spectral and photometric image receiver) à bord du télescope spatial Herschel. Il surveille la propagation généralisée de la poussière froide. Orion A est situé à environ 1 350 années-lumière et se compose de régions individuelles de formation d’étoiles, comme l’indiquent leurs marques. Les emplacements des disques (+) qui composent la planète observée avec ALMA sont indiqués, tandis que les disques avec une masse de poussière supérieure à 100 masses terrestres sont représentés par des points bleus. La célèbre nébuleuse d’Orion, visible à l’œil nu dans le ciel, contient la nébuleuse d’Orion (ONC), dont plusieurs étoiles massives qui émettent un rayonnement intense. Crédit : SE van Terwisga et al./MPIA

Avant de calculer les poids des disques, les astronomes ont combiné et calibré les données de dizaines de télescopes ALMA. Cette tâche devient assez difficile lorsqu’il s’agit de grands ensembles de données. En utilisant des méthodes standard, les données recueillies auraient pris des mois à traiter. Au lieu de cela, l’équipe a développé une nouvelle méthode utilisant des ordinateurs parallèles. “Notre nouvelle approche a amélioré la vitesse de traitement 900 fois”, déclare le co-auteur Raymond Oonk du fournisseur de services informatiques collaborateur SURF. Il a fallu moins de 3 000 heures de processeur pour terminer la tâche et préparer les données pour une analyse ultérieure.

Au total, Orion A contient les disques qui composent les planètes, chacune avec jusqu’à quelques centaines de masses terrestres. Cependant, les disques 870 ne peuvent contenir que 20 poussières, ce qui équivaut à 100 sols ou plus. En général, le nombre de disques diminue rapidement avec le poids, la plupart contenant moins de 2,2 parties en poids de poussière. “Pour rechercher des variations, nous avons disséqué le nuage Orion A et analysé ces zones séparément. Cependant, grâce aux centaines de disques, les sous-échantillons étaient suffisamment grands pour donner des résultats statistiquement significatifs”, explique van Terwisga.

En effet, les chercheurs ont trouvé de petites différences dans la distribution de masse du disque d’Orion As à l’échelle de dizaines d’années-lumière. Cependant, tout cela peut s’expliquer par les effets de l’âge, ce qui signifie que les masses des disques ont tendance à diminuer en quelques millions d’années. populations plus âgées. Dans les limites d’erreur, la distribution de masse des amas des mêmes anciens disques qui composent la planète est la même. Sans surprise, la masse de poussière des planètes qui forment la planète diminue avec le temps. La poussière est l’une des matières premières des planètes. Ainsi, la formation de planètes réduira certainement la quantité de poussière libre. D’autres processus connus sont la migration des poussières vers le centre du disque et l’évaporation des poussières par irradiation de l’étoile hôte. Cependant, il est surprenant de voir une corrélation aussi forte entre le poids du disque et l’âge.

Tous ces disques proviennent du même environnement qui forme actuellement le cloud Orion A. Comment cela se compare-t-il aux autres jeunes populations de disques stellaires ? Les astronomes ont abordé ce problème en comparant leurs résultats à la formation de plusieurs étoiles planétaires voisines. À l’exception de deux, ils s’intègrent tous parfaitement dans le rapport poids-âge d’Orion A. “Dans l’ensemble, nous pensons que notre étude montrera que pendant au moins les 1 000 prochaines années-lumière, toutes les populations des planètes qui composent la planète afficheront la même distribution de masse à un âge donné. Et elles semblent se développer davantage. ou moins le même », conclut van Terwisga. Le résultat peut même suggérer l’émergence de systèmes planétaires étonnamment similaires.

Dans une prochaine étape, les scientifiques étudieront les effets possibles des étoiles proches à plus petite échelle dans quelques années-lumière. Bien qu’ils aient évité le fort champ de rayonnement causé par les étoiles massives d’ONC, il existe des étoiles potentiellement plus faibles qui peuvent affecter la poussière sur les disques voisins et modifier les statistiques de masse du disque. De telles contributions peuvent expliquer certaines des divergences trouvées dans le rapport poids/âge du disque. Les résultats peuvent aider à renforcer l’image globale de l’évolution du disque de formation des planètes, qui est dominée par l’âge.


Exoplanètes dans des disques de débris


Plus d’information:
SE van Terwisga et al., Etude des disques d’Orion avec ALMA (SODA), Astronomie et astrophysique (2022). DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 202141913

Fourni par la société Max Planck

Devis: Les planètes qui composent les planètes évoluent de manière étonnamment similaire (6 mai 2022), trouvé le 6 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-planet-forming-disks-evolve- étonnamment-semblable.html

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