Les astronomes prennent en flagrant délit d'”intrus” stellaire – des courants chaotiques de poussière et de gaz

Les scientifiques ont réalisé la première étude observationnelle complète à plusieurs longueurs d’onde d’un objet intrus perturbant le disque protoplanétaire – ou lieu de naissance des planètes – entourant l’étoile Z Canis Majoris (Z CMa) dans la constellation du Canis Major. Cette image composite comprend des données provenant du télescope Subaru, du Jansky Very Large Array et de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, révélant en détail les perturbations, y compris les longs flux de matière, faites dans le disque protoplanétaire de Z CMa par l’objet intrus. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ

Les scientifiques utilisant le grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama (ALMA) et du très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) ont détecté un événement rare de survol stellaire probable dans le système stellaire Z Canis Majoris (Z CMa). Un objet intrus, non lié au système, s’est approché et a interagi avec l’environnement de la protoétoile binaire, provoquant la formation de courants chaotiques et étirés de poussière et de gaz dans le disque qui l’entoure.

Bien que de tels événements de survol basés sur des intrus aient été précédemment observés avec une certaine régularité dans des simulations informatiques de la formation d’étoiles, peu d’observations directes convaincantes ont été faites, et jusqu’à présent, ces événements sont restés largement théoriques.

Les scientifiques ont capturé un objet intrus perturbant le disque protoplanétaire – lieu de naissance des planètes – dans Z Canis Majors (Z CMa), une étoile de la constellation de Canis Majoris. Cette impression d’artiste montre l’objet perturbateur quittant le système stellaire, entraînant avec lui un long courant de gaz provenant du disque protoplanétaire. Les données d’observation du télescope Subaru, du très grand réseau Karl G. Jansky et du grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama suggèrent que l’objet intrus était responsable de la création de ces courants gazeux, et que sa “visite” pourrait avoir d’autres impacts encore inconnus sur la croissance et le développement des planètes dans le système stellaire. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Les preuves observationnelles des événements de flyby sont difficiles à obtenir car ces événements se produisent rapidement et il est difficile de les capturer en action. Ce que nous avons fait avec nos observations de la bande 6 de l’ALMA et du VLA équivaut à capturer un éclair frappant un arbre”, a déclaré Ruobing Dong, astronome à l’Université de Victoria au Canada et chercheur principal de la nouvelle étude. “Cette découverte montre que les rencontres rapprochées entre de jeunes étoiles abritant des disques se produisent dans la vie réelle, et qu’il ne s’agit pas seulement de situations théoriques observées dans des simulations informatiques. Des études observationnelles antérieures avaient vu des flybys, mais n’avaient pas pu recueillir les preuves complètes que nous avons pu obtenir de l’événement à Z CMa.”

Les perturbations, ou troubles, comme ceux de Z CMa ne sont généralement pas causés par des intrus, mais plutôt par des étoiles sœurs qui grandissent ensemble dans l’espace. Hau-Yu Baobab Liu, astronome à l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica à Taïwan et co-auteur de l’article, a déclaré : “Le plus souvent, les étoiles ne se forment pas de manière isolée. Les jumeaux, voire les triplés ou les quadruplés, nés ensemble peuvent être attirés gravitationnellement et, par conséquent, s’approcher de près les uns des autres. Pendant ces moments, une partie de la matière des disques protoplanétaires des étoiles peut être arrachée pour former des courants de gaz étendus qui fournissent aux astronomes des indices sur l’histoire des rencontres stellaires passées.”

Nicolás Cuello, astrophysicien, boursier Marie Curie à l’Université Grenoble Alpes (France) et co-auteur de l’article, ajoute que dans le cas de Z CMa, c’est la morphologie, ou structure, de ces courants qui a aidé les scientifiques à identifier et à localiser l’intrus. “Lorsqu’une étoileLorsque la rencontre se produit, elle provoque des changements dans la morphologie du disque – spirales, distorsions, ombres, etc. Dans ce cas, en regardant très attentivement le disque de Z CMa, nous avons révélé la présence de plusieurs empreintes de flyby.”

Ces empreintes digitales ont non seulement aidé les scientifiques à identifier l’intrus, mais les ont également amenés à envisager ce que ces interactions pourraient signifier pour l’avenir de Z CMa et des bébés planètes qui naissent dans le système, un processus qui, jusqu’à présent, est resté un mystère pour les scientifiques. “Ce que nous savons maintenant avec cette nouvelle recherche, c’est que les événements de flyby se produisent dans la nature et qu’ils ont des impacts majeurs sur les disques gazeux circumstellaires, qui sont les berceaux de naissance des planètes, entourant les bébés étoiles”, a déclaré Cuello. “Les événements de flyby peuvent perturber de façon spectaculaire les disques circumstellaires autour des étoiles participantes, comme nous l’avons vu avec la production de longs streamers autour de Z CMa.”

Lorsque les étoiles grandissent, elles interagissent souvent avec leurs étoiles sœurs – des étoiles qui grandissent près d’elles dans l’espace – mais ont rarement été observées interagissant avec des objets extérieurs, ou intrus. Les scientifiques ont maintenant observé un objet intrus qui perturbe le disque protoplanétaire autour de Z Canis Majoris, une étoile de la constellation de Canis Major, ce qui pourrait avoir des implications majeures pour le développement des bébés planètes. Les perturbations, y compris les longs courants de gaz, ont été observées en détail par le télescope Subaru dans la bande H, le Karl G. Jansky Very Large Array dans la bande Ka, et en utilisant le récepteur de la bande 6 du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ

Liu ajoute : ” Ces perturbateurs ne provoquent pas seulement des courants gazeux mais peuvent également avoir un impact sur l’histoire thermique des étoiles hôtes concernées, comme Z CMa. Cela peut conduire à des événements aussi violents que des explosions d’accrétion, et également avoir un impact sur le développement de l’ensemble du système stellaire d’une manière que nous n’avons pas encore observée ou définie.”

Dong a déclaré que l’étude de l’évolution et de la croissance des jeunes systèmes stellaires à travers la galaxie aide les scientifiques à mieux comprendre l’origine de notre propre système solaire. “L’étude de ces types d’événements donne une fenêtre sur le passé, notamment sur ce qui a pu se passer au début du développement de notre propre système solaire, dont les preuves essentielles ont disparu depuis longtemps. L’observation de ces événements dans un système stellaire en formation nous fournit les informations nécessaires pour dire : “Ah-ha ! Voilà ce qui a pu arriver à notre propre système solaire il y a longtemps”. À l’heure actuelle, VLA et ALMA nous ont donné les premières preuves pour résoudre ce mystère, et les prochaines générations de ces technologies ouvriront des fenêtres sur l’Univers dont nous n’avons encore fait que rêver.”

Récemment, le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) a reçu l’approbation de son Central Development Laboratory (CDL) pour développer une mise à niveau de plusieurs millions de dollars du récepteur de bande 6 d’ALMA, et le VLA de nouvelle génération de l’Observatoire (ngVLA) a reçu un fort soutien de la communauté astronomique dans l’enquête décennale Astro2020. Les avancées technologiques des deux télescopes permettront d’améliorer les observations et d’augmenter de manière significative la découverte d’objets difficiles à observer, comme l’intrus stellaire de Z CMa. Les deux projets sont financés en partie par la National Science Foundation (NSF). “Ces observations mettent en évidence la synergie qui peut se dégager d’un instrument récent travaillant de concert avec un instrument plus expérimenté, ainsi que la qualité du récepteur ALMA de la bande 6”, a déclaré Joe Pesce, astrophysicien et directeur du programme ALMA à la NSF. “J’attends avec impatience les résultats encore meilleurs que le récepteur ALMA amélioré de la bande 6 permettra d’obtenir.”

Référence : “Un survol probable de la proto-étoile binaire Z CMa pris sur le vif” 13 janvier, Nature Astronomy.