Identification des étoiles jeunes et de leurs disques protoplanétaires

Imaginez que vous marchez dans une brume épaisse et brumeuse au milieu de la nuit, voyant des taches de lumière provenant de voitures et de villes scintillant au loin. Il est presque impossible de dire si les lumières sont enfoncées dans le brouillard ou derrière celui-ci. Les astronomes qui tentent de trouver de jeunes étoiles sont confrontés à un problème similaire : la lumière des étoiles qu’ils captent traverse de vastes régions de gaz et de poussière brumeux dans l’espace, appelées nuages ​​​​moléculaires.

Mais le cœur de ces nuages ​​leur est souvent un terreau fertile jeunes vedettes Et les planètes, les endroits parfaits pour essayer de comprendre comment se forment les corps célestes – en supposant que les astronomes puissent voir ce qui se passe dans l’obscurité.

Maintenant, une équipe de scientifiques du département d’astronomie de l’Université de Boston a trouvé un moyen peu coûteux de pénétrer la brume. Ils ont développé une nouvelle méthode qui mesure le flou d’un nuage de poussière et leur permet de détecter la présence des structures constitutives des planètes, appelées disques protoplanétaires – des disques de gaz et de poussière qui entourent les jeunes étoiles et alimentent les planètes en matière. façonner. Ils ont utilisé leur technologie pour jeter un regard plus complet sur l’intérieur d’un nuage de poussière moléculaire situé à 450 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau. Là-bas, le système à deux étoiles en est encore à ses balbutiements, les disques protoplanétaires sont toujours là et probablement en train de créer plusieurs nouvelles planètes.

« Nous essayons activement de regarder dans la brume nuageuse pour voir ce que font ces étoiles, elles sont comme des lampes de poche qui brillent à travers le nuage », explique Dan Clemens, professeur au Collège des arts et des sciences et directeur du département d’astronomie. , et auteur principal d’un article de recherche décrivant les techniques utilisées pour examiner de plus près les disques, les étoiles constitutives des planètes. Les résultats ont été publiés dans Journal astrophysique.

Les scientifiques ne savent pas exactement comment les étoiles et les planètes se forment – bien qu’ils connaissent certains composants, notamment le gaz, la poussière, la gravité et les champs magnétiques – donc l’étude de systèmes comme ceux-ci peut donner un aperçu de la façon dont le processus peut évoluer. Dans le nuage du Taureau, une petite étoile et une naine brune tournent l’une autour de l’autre tous les un demi-million d’années – une naine brune est parfois appelée une étoile défaillante, car elle ne fusionne pas autant l’hydrogène et l’hélium que les étoiles plus brillantes. La naine brune et la jeune étoile sont entourées de disques protoplanétaires.

L’équipe de l’Université de Boston a examiné pour la première fois des disques dans le nuage Taurus lorsque Annelies Rellinger, une étudiante diplômée de cinquième année au département d’astronomie de l’Université de Boston, a commencé à étudier le système stellaire à l’aide de les ondes radio Collecté par l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA), le plus grand radiotélescope au monde. Était Rilinger Étude publiée précédemment Avec Catherine Espilat, professeur agrégé d’astronomie au CAS et co-auteur du nouvel article, ils ont examiné les disques entourant les étoiles et ont modélisé en détail les structures des disques.

Son travail utilisant les ondes radio a intrigué Clemens, qui a ensuite entrepris avec le reste de leur équipe, y compris Rilinger, Espaillat et le chercheur principal de l’Université de Boston, Theohara Pillai, de tester les observations de Rillinger sur le même système en utilisant à peu près-lumière infrarougeUne longueur d’onde plus courte que les ondes radio, au-delà de ce que l’œil humain peut détecter par lui-même. Ils voulaient montrer qu’il était possible de concevoir avec précision des emplacements de disque avec des outils alternatifs – et, par conséquent, d’être plus accessibles.

Lorsque les étoiles émettent de la lumière, elles ne sont pas polarisées (ce qui signifie que les ondes lumineuses vont dans plusieurs directions). Mais lorsque la lumière traverse le nuage moléculaire dense, cette lumière devient polarisée – les ondes lumineuses oscillent dans une direction – en raison des propriétés des grains de poussière et champ magnétique Intégré dans le cloud. Les chercheurs ont utilisé le polarimètre proche infrarouge de l’observatoire du télescope Perkins de l’université de Boston pour mesurer la polarisation de la lumière traversant le nuage. La mesure de la polarisation a permis à l’équipe de recherche de voir les signatures des étoiles, ce qui peut leur indiquer l’orientation des disques. Le défi était alors de savoir comment soustraire les effets du nuage environnant pour découvrir la nature exacte de la lumière provenant des étoiles et révéler la direction des disques protoplanétaires – à la recherche de poussière dans le nuage de poussière.

L’équipe a confirmé que les données de polarisation dans le proche infrarouge correspondaient aux données des ondes radio, montrant qu’il est possible de mesurer des disques protoplanétaires sans utiliser d’instruments à grande échelle tels qu’ALMA. Leur travail a également révélé quelque chose d’intéressant sur le système : les disques sont dans des alignements étranges que les astronomes ne voient pas souvent – parallèles les uns aux autres et perpendiculaires au champ magnétique du plus grand nuage. souvent, disques protoplanétaires Ils tournent parallèlement au champ magnétique du nuage de poussière, ce qui rend ce système rare et donne aux chercheurs l’opportunité d’acquérir de nouvelles connaissances sur la façon dont les disques forment les planètes.

« Cela a été passionnant et un tel défi de développer des connaissances sur la façon de supprimer les contributions des nuages ​​​​de la polarisation intrinsèque des étoiles et des jeunes corps stellaires – quelque chose qui n’a jamais été fait auparavant », a déclaré Clemens. « Notre polarimétrie dans le proche infrarouge a fourni sa vision unique des disques, ainsi que la capacité d’approfondir ces régions optiquement opaques où de nouvelles étoiles se forment. » Leurs instruments peuvent être utilisés pour tester la présence et l’orientation de disques dans d’autres régions profondément cachées de l’espace.

Bien qu’elles soient encore en train de former des planètes, la naine brune et la jeune étoile dans le nuage du Taureau semblent en effet avoir des compagnons de masse inférieure qui chevauchent la frontière entre être une planète ou éventuellement une autre naine brune. Les planètes de cette tranche d’espace sont susceptibles de se former dans les cinq millions d’années à venir.