Effet d'une planète sur la distribution de poussière dans un disque protoplanétaire

Mardi, 6 novembre 2007

Une équipe internationale, conduite par des astronomes du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (UMR, CNRS, Université de Lyon I, Ecole Normale Supérieure de Lyon) vient de réaliser une étude du comportement du gaz et de la poussière dans des disques protoplanétaires. Appliquant une série de simulations 3D à un disque protoplanétaire qui possède déjà une planète, ces chercheurs montrent que la taille de la poussière, ou la masse de cette première planète, jouent un rôle déterminant dans la morphologie du disque... voire dans la formation d'une seconde planète ! Ces travaux font l'objet d'une publication dans Astronomy and Astrophysics.

Suite à des fluctuations de densité ou sous l'action de leur environnement (ondes de chocs de supernovæ, ondes de densité dans les bras de galaxies), certains nuages moléculaires se contractent gravitationnellement et se fragmentent pour former des coeurs protostellaires. En se contractant le gaz s'échauffe, jusqu'à pouvoir initier des réactions nucléaires au sein du nuage. La pression de radiation ainsi générée arrête la contraction gravitationnelle. Le mélange de gaz et de poussière résiduel entourant la jeune étoile s'effondre sous la forme d'un disque dans le plan équatorial, pour former un disque protoplanétaire. C'est à partir de ce gaz et de cette poussière que les premiers planétésimaux vont pouvoir se former.

Sillon creusé par une planète dans la composante de poussières d'un disque protoplanétaire. Les particules solides formant cette composante ont des tailles de 1cm, 10cm et 1m, de gauche à droite. Le disque entoure une étoile jeune de même masse que le Soleil et est 100 fois moins massif que celle-ci. La planète a la même masse et la même orbite que Jupiter. En haut : disque vu de dessus. En bas : disque vu par la tranche couleur. Densité de la poussière, en échelle logarithmique. © CRAL. Un nouveau programme de simulation de disques protoplanétaires à deux composantes (gaz + poussières) a été développé au CRAL. Son utilisation a permis de déterminer la distribution spatiale de la poussière en fonction de la taille des grains et de la masse d'une planète déjà formée. Il s'avère que la distribution de la matière dans le disque, et donc sa morphologie, dépend fortement de la taille des grains de poussière présents dans le disque. Cet éventail de morphologies pose le problème de l'interprétation des futures observations de disques protoplanétaires qui seront réalisées avec ALMA(1) et de la nécessité de tels modèles de simulation numérique 3D.

Ce travail a de plus montré que la présence d'une planète dans un disque protoplanétaire engendre un sillon, dont la formation est plus rapide et plus marquée dans le disque de poussière que dans celui de gaz. Il semble alors que la poussière s'accumule sur le bord extérieur du sillon, ce qui peut accroître la formation d'une seconde planète, en facilitant la croissance des planétésimaux dans cette région de forte densité.

Note(s): 
  1. Atacama Large Millimeter Array, est un interféromètre radio formé de 62 antennes sondant l'univers froid (millimétrique et submillimétrique), opérationnel en 2012. Un des buts scientifiques d'ALMA est l'observation directe de systèmes planétaires en formation.
Pour en savoir plus: 
Contact(s):
  • Laure Fouchet, ETH Zürich
    fouchet [at] phys [dot] ethz [dot] ch
  • Jean-François Gonzalez, CRAL
    Jean-Francois [dot] Gonzalez [at] ens-lyon [dot] fr

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