Située dans la constellation du Sagittaire, la jeune étoile HD 169142 abrite une protoplanète géante dans son disque protoplanétaire poussiéreux et riche en gaz. Cette conception d’artiste montre la planète semblable à Jupiter interagissant avec le gaz moléculaire voisin et le chauffant, ce qui provoque des écoulements visibles dans plusieurs raies d’émission, y compris celles des molécules traçant les chocs comme SO et SiS, et les 12CO et 13CO communément observées. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)
En utilisant l’observatoire ALMA, les scientifiques qui étudient le disque protoplanétaire autour de la jeune étoile HD 169142 ont découvert de fortes preuves chimiques de l’existence d’une protoplanète, offrant ainsi une nouvelle méthode de détection et d’étude de ces corps célestes. La détection de monosulfure de silicium, indicateur d’une protoplanète géante gazeuse, donne un nouvel aperçu de la chimie protoplanétaire.
Des scientifiques utilisant le grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama (ALMA) pour étudier le disque protoplanétaire autour d’une jeune étoile ont découvert la preuve chimique la plus convaincante à ce jour de la formation des protoplanètes. Cette découverte fournira aux astronomes une méthode alternative pour détecter et caractériser les protoplanètes lorsque les observations directes ou l’imagerie ne sont pas possibles. Les résultats seront publiés dans une prochaine édition de The Astrophysical Journal Letters.
HD 169142 est une jeune étoile située dans la constellation du Sagittaire qui présente un grand intérêt pour les astronomes en raison de la présence d’un vaste disque circumstellaire riche en gaz et en poussières que l’on peut observer presque de face. Plusieurs protoplanètes candidates ont été identifiées au cours de la dernière décennie et, au début de cette année, des scientifiques de l’Université de Liège et de l’Université Monash ont confirmé que l’une d’entre elles – HD 169142 b – est en fait une protoplanète géante de type Jupiter.
Les découvertes révélées dans une nouvelle analyse des données d’archives de l’ALMA – une collaboration internationale à laquelle participe le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) de la National Science Foundation – pourraient désormais permettre aux scientifiques de détecter, de confirmer et, finalement, de caractériser plus facilement les protoplanètes se formant autour de jeunes étoiles.
« Lorsque nous avons observé HD 169142 et son disque aux longueurs d’onde submillimétriques, nous avons identifié plusieurs signatures chimiques convaincantes de cette protoplanète géante gazeuse récemment confirmée », a déclaré Charles Law, astronome au Centre d’Astrophysique de Harvard & Smithsonian, et auteur principal de la nouvelle étude. « Nous avons maintenant la confirmation que nous pouvons utiliser les signatures chimiques pour déterminer quels types de planètes pourraient se former dans les disques autour des jeunes étoiles ».
L’équipe s’est concentrée sur le système HD 169142 parce qu’elle pensait que la présence de la protoplanète géante HD 169142 b était susceptible d’être accompagnée de signatures chimiques détectables, et elle avait raison. L’équipe de Law a détecté du monoxyde de carbone (12CO et son isotopologue 13CO) et du monoxyde de soufre (SO), qui avaient déjà été détectés et que l’on pensait associés à des protoplanètes dans d’autres disques.
Mais pour la première fois, l’équipe a également détecté du monosulfure de silicium (SiS). Cela a été une surprise car pour que l’émission de SiS soit détectable par ALMA, les silicates doivent être libérés des grains de poussière proches dans des ondes de choc massives causées par le gaz voyageant à grande vitesse, un comportement résultant typiquement des flux sortants qui sont entraînés par des protoplanètes géantes.
« Le SiS est une molécule que nous n’avions jamais observée auparavant dans un disque protoplanétaire, et encore moins à proximité d’une protoplanète géante », a déclaré M. Law. « La détection de l’émission de SiS nous a frappé parce qu’elle signifie que cette protoplanète doit produire de puissantes ondes de choc dans le gaz environnant ».
Grâce à cette nouvelle approche chimique de la détection de jeunes protoplanètes, les scientifiques pourraient ouvrir une nouvelle fenêtre sur l’Univers et approfondir leur compréhension des exoplanètes. Les protoplanètes, en particulier celles qui sont encore intégrées dans leur disque circumstellaire parental, comme dans le système HD 169142, constituent un lien direct avec la population connue d’exoplanètes.
« Les exoplanètes sont extrêmement diverses et l’utilisation des signatures chimiques observées avec ALMA nous offre un nouveau moyen de comprendre comment les différentes protoplanètes se développent au fil du temps et, en fin de compte, de relier leurs propriétés à celles des systèmes exoplanétaires », a déclaré M. Law.
« En plus de fournir un nouvel outil pour la chasse aux planètes avec ALMA, cette découverte ouvre la voie à une chimie passionnante que nous n’avions jamais vue auparavant. En continuant à étudier davantage de disques autour de jeunes étoiles, nous trouverons inévitablement d’autres molécules intéressantes mais imprévues, tout comme le SiS. Des découvertes comme celle-ci impliquent que nous ne faisons qu’effleurer la surface de la véritable diversité chimique associée aux milieux protoplanétaires ».
Référence : « SO and SiS Emission Tracing an Embedded Planet and Compact 12CO and 13CO Counterparts in the HD 169142 Disk » par Charles J. Law, Alice S. Booth, Karin I. Öberg, Accepted, The Astrophysical Journal Letters.
arXiv:2306.13710
Le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) est une installation majeure de la National Science Foundation (NSF) exploitée dans le cadre d’un accord de coopération par Associated Universities, Inc.