De tels fracas planétaires sont probablement courants dans les jeunes systèmes solaires, mais ils n’ont pas été directement observés


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  • Les jeunes systèmes planétaires connaissent généralement des difficultés de croissance extrêmes, car les corps des nourrissons entrent en collision et fusionnent pour former des planètes de plus en plus grandes. Dans notre propre système solaire, on pense que la Terre et la Lune sont les produits de ce type d’impact géant. Les astronomes supposent que de tels écrasements devraient être monnaie courante dans les premiers systèmes, mais ils ont été difficiles à observer autour d’autres étoiles.

    Aujourd’hui, des astronomes du MIT, de l’Université nationale d’Irlande à Galway, de l’Université de Cambridge et d’ailleurs ont découvert des preuves d’un impact géant qui s’est produit dans un système stellaire voisin, à seulement 95 années-lumière de la Terre. L’étoile, nommée HD 172555, a environ 23 millions d’années, et les scientifiques soupçonnent que sa poussière porte les traces d’une collision récente.

    L’équipe dirigée par le MIT a observé de nouvelles preuves d’un impact géant autour de l’étoile. Ils ont déterminé que la collision s’est probablement produite entre une planète terrestre à peu près de la taille de la Terre et un impacteur plus petit il y a au moins 200 000 ans, à des vitesses de 10 kilomètres par seconde, soit plus de 22 000 miles par heure.

    Surtout, ils ont détecté du gaz indiquant qu’un tel impact à grande vitesse a probablement soufflé une partie de l’atmosphère de la plus grande planète – un événement dramatique qui expliquerait le gaz et la poussière observés autour de l’étoile. Les conclusions, parues aujourd’hui dans Naturereprésentent la première détection de ce type.

    « C’est la première fois que nous détectons ce phénomène, d’une atmosphère protoplanétaire dépouillée lors d’un impact géant », déclare l’auteur principal Tajana Schneiderman, étudiante diplômée au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT. « Tout le monde est intéressé à observer un impact géant parce que nous nous attendons à ce qu’ils soient communs, mais nous n’en avons pas la preuve dans de nombreux systèmes. Nous avons maintenant un aperçu supplémentaire de ces dynamiques. »

    Un signe clair

    L’étoile HD 172555 a suscité l’intrigue des astronomes en raison de la composition inhabituelle de sa poussière. Les observations de ces dernières années ont montré que la poussière de l’étoile contient de grandes quantités de minéraux inhabituels, dans des grains beaucoup plus fins que ce à quoi les astronomes s’attendraient pour un disque de débris stellaire typique.

    « En raison de ces deux facteurs, HD 172555 a été considéré comme ce système étrange », déclare Schneiderman.

    Elle et ses collègues se sont demandé ce que le gaz pourrait révéler sur l’historique de l’impact du système. Ils se sont penchés sur les données prises par ALMA, le Atacama Large Millimeter Array au Chili, qui comprend 66 radiotélescopes, dont l’espacement peut être ajusté pour augmenter ou diminuer la résolution de leurs images. L’équipe a examiné les données des archives publiques ALMA, à la recherche de signes de monoxyde de carbone autour des étoiles proches.

    « Lorsque les gens veulent étudier les gaz dans les disques de débris, le monoxyde de carbone est généralement le plus brillant, et donc le plus facile à trouver », explique Schneiderman. « Nous avons donc à nouveau examiné les données sur le monoxyde de carbone pour HD 172555, car il s’agissait d’un système intéressant. »

    À la suite

    Grâce à une réanalyse minutieuse, l’équipe a pu détecter du monoxyde de carbone autour de l’étoile. Lorsqu’ils ont mesuré son abondance, ils ont découvert que le gaz représentait 20% du monoxyde de carbone présent dans l’atmosphère de Vénus. Ils ont également observé que le gaz tournait en grandes quantités, étonnamment près de l’étoile, à environ 10 unités astronomiques, soit 10 fois la distance entre la Terre et le soleil.

    « La présence de monoxyde de carbone à cette proximité nécessite quelques explications », déclare Schneiderman.

    En effet, le monoxyde de carbone est généralement vulnérable à la photodissociation, un processus dans lequel les photons d’une étoile se décomposent et détruisent la molécule. À courte distance, il y aurait généralement très peu de monoxyde de carbone si près d’une étoile. Ainsi, le groupe a testé divers scénarios pour expliquer l’aspect abondant et rapproché du gaz.

    Ils ont rapidement exclu un scénario dans lequel le gaz provenait des débris d’une étoile nouvellement formée, ainsi qu’un scénario dans lequel le gaz était produit par une ceinture rapprochée d’astéroïdes glacés. Ils ont également envisagé un scénario dans lequel le gaz était émis par de nombreuses comètes glacées provenant d’une ceinture d’astéroïdes lointaine, similaire à notre propre ceinture de Kuiper. Mais les données ne correspondaient pas tout à fait à ce scénario non plus. Le dernier scénario envisagé par l’équipe était que le gaz était un vestige d’un impact géant.

    « De tous les scénarios, c’est le seul qui peut expliquer toutes les caractéristiques des données », déclare Schneiderman. « Dans les systèmes de cet âge, nous nous attendons à ce qu’il y ait des impacts géants, et nous nous attendons à ce que les impacts géants soient vraiment assez courants. Les échelles de temps fonctionnent, l’âge fonctionne et les contraintes morphologiques et compositionnelles fonctionnent. Le seul processus plausible qui pourrait produire du monoxyde de carbone dans ce système dans ce contexte est un impact géant. »

    L’équipe estime que le gaz a été libéré d’un impact géant qui s’est produit il y a au moins 200 000 ans – assez récent pour que l’étoile n’ait pas eu le temps de détruire complètement le gaz. Sur la base de l’abondance du gaz, l’impact était probablement massif, impliquant deux proto-planètes, probablement de taille comparable à la Terre. L’impact a été si important qu’il a probablement emporté une partie de l’atmosphère d’une planète, sous la forme du gaz que l’équipe a observé aujourd’hui.

    « Maintenant, il y a une possibilité pour des travaux futurs au-delà de ce système », a déclaré Schneiderman. « Nous montrons que, si vous trouvez du monoxyde de carbone dans un endroit et une morphologie compatibles avec un impact géant, cela offre une nouvelle voie pour rechercher des impacts géants et comprendre comment les débris se comportent par la suite. »

    Cette recherche a été soutenue, en partie, par l’Observatoire ALMA et la Fondation Simons.

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