Une étude sur les naines blanches “polluées” révèle que les étoiles et les planètes grandissent ensemble

Une étude de certaines des étoiles les plus anciennes de l’Univers suggère que les éléments constitutifs de planètes comme Jupiter et Saturne commencent à se former pendant la croissance d’une jeune étoile. On pensait que les planètes ne se forment qu’une fois qu’une étoile a atteint sa taille finale, mais de nouveaux résultats, publiés dans la revue Astronomie naturellesuggère que les étoiles et les planètes ” grandissent ” ensemble.

La recherche, dirigée par l’Université de Cambridge, modifie notre compréhension de la formation des systèmes planétaires, y compris notre propre système solaire, résolvant potentiellement un casse-tête majeur en astronomie.

“Nous avons une assez bonne idée de la façon dont les planètes se forment, mais une question en suspens est de savoir quand elles se forment : la formation des planètes commence-t-elle tôt, lorsque l’étoile mère est encore en croissance, ou des millions d’années plus tard ? » a déclaré le Dr Amy Bonsor de l’Institut d’astronomie de Cambridge, premier auteur de l’étude.

Pour tenter de répondre à cette question, Bonsor et ses collègues ont étudié les atmosphères des étoiles naines blanches – les anciens restes faibles d’étoiles comme notre Soleil – pour enquêter sur les éléments constitutifs de la formation des planètes. L’étude a également impliqué des chercheurs de l’Université d’Oxford, de la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich, de l’Université de Groningen et de l’Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire de Gottingen.

“Certaines naines blanches sont des laboratoires étonnants, car leurs atmosphères minces ressemblent presque à des cimetières célestes”, a déclaré Bonsor.

Normalement, l’intérieur des planètes est hors de portée des télescopes. Mais une classe spéciale de naines blanches – appelées systèmes “pollués” – contient des éléments lourds tels que le magnésium, le fer et le calcium dans leurs atmosphères normalement propres.

Ces éléments doivent provenir de petits corps comme des astéroïdes laissés par la formation des planètes, qui se sont écrasés sur les naines blanches et ont brûlé dans leurs atmosphères. En conséquence, les observations spectroscopiques de naines blanches polluées peuvent sonder l’intérieur de ces astéroïdes déchirés, donnant aux astronomes un aperçu direct des conditions dans lesquelles ils se sont formés.

On pense que la formation des planètes commence dans un disque protoplanétaire – composé principalement d’hydrogène, d’hélium et de minuscules particules de glace et de poussière – en orbite autour d’une jeune étoile. Selon la théorie dominante actuelle sur la formation des planètes, les particules de poussière se collent les unes aux autres, formant finalement des corps solides de plus en plus gros. Certains de ces corps plus grands continueront à s’accréter, devenant des planètes, et certains resteront sous forme d’astéroïdes, comme ceux qui se sont écrasés sur les naines blanches dans l’étude actuelle.

Les chercheurs ont analysé les observations spectroscopiques des atmosphères de 200 naines blanches polluées des galaxies voisines. Selon leur analyse, le mélange d’éléments observés dans les atmosphères de ces naines blanches ne peut s’expliquer que si bon nombre des astéroïdes d’origine avaient fondu une fois, ce qui a fait couler du fer lourd au cœur tandis que les éléments plus légers flottaient à la surface. Ce processus, connu sous le nom de différenciation, est ce qui a amené la Terre à avoir un noyau riche en fer.

“La cause de la fonte ne peut être attribuée qu’à des éléments radioactifs à très courte durée de vie, qui existaient dans les premiers stades du système planétaire mais se désintègrent en seulement un million d’années”, a déclaré Bonsor. “En d’autres termes, si ces astéroïdes ont été fondus par quelque chose qui n’existe que pendant une très courte période à l’aube du système planétaire, alors le processus de formation des planètes doit démarrer très rapidement.”

L’étude suggère que l’image de la formation précoce est probablement correcte, ce qui signifie que Jupiter et Saturne ont eu beaucoup de temps pour atteindre leur taille actuelle.

“Notre étude complète un consensus croissant dans le domaine selon lequel la formation des planètes a commencé tôt, les premiers corps se formant en même temps que l’étoile”, a déclaré Bonsor. “Les analyses de naines blanches polluées nous disent que ce processus de fusion radioactive est un mécanisme potentiellement omniprésent affectant la formation de toutes les planètes extrasolaires.

“Ce n’est que le début – chaque fois que nous trouvons une nouvelle naine blanche, nous pouvons recueillir plus de preuves et en savoir plus sur la formation des planètes. Nous pouvons tracer des éléments comme le nickel et le chrome et dire quelle devait être la taille d’un astéroïde lorsqu’il s’est formé. son noyau de fer. C’est incroyable que nous soyons capables de sonder des processus comme celui-ci dans des systèmes exoplanétaires.”

Amy Bonsor est chargée de recherche de la Royal Society University à l’Université de Cambridge. La recherche a été financée en partie par la Royal Society, la Simons Foundation et le Conseil européen de la recherche.