La formation des systèmes planétaires : à l'intérieur des disques protoplanétaires
Enfouies dans le disque y a-t-il des planètes en formation?
Depuis une dizaine d’années, les astronomes comprennent peu à peu ce qui se passe dans les disques protoplanétaires. Il n’est pas si facile d’y voir clair, car les disques sont généralement opaques au rayonnement visible. On n’a donc que peu d’informations sur ce qui s’y passe: les observations avec des radiotélescopes, dans le domaine millimétrique ou centimétrique, dans l’infrarouge avec des interféromètres comme le VLTI, ou dans en infrarouge lointain avec des instruments spatiaux, en donnent quelque idée. Mais la résolution spatiale de ce type d’observations est rarement assez bonne pour obtenir de vraies images des disques.La plupart des protoétoiles semblent être escortées de disques. On a en d’abord observé autour de petites protoétoiles, analogues au Soleil quand il avait un million d’années, les T-Tauri, du nom du prototype de la classe on en connaît maintenant autour d’étoiles plus massives. Observés par exemple avec le télescope spatial Hubble, les disques vus par la tranche dévoilent leurs dimensions et leurs formes : des diamètres qui dépassent plusieurs centaines d’U.A., et un épaississement dans les parties externes. Les observations radio ont confirmé que les disques sont en rotation autour de leur étoile. Quant à leurs masses, elles sont faibles, entre le millième et le dixième de masse solaire, mais largement suffisantes pour former quelques planètes géantes.
Qu’y a-t-il dans un disque protoplanétaire? Du gaz, d’abord: de l’hydrogène sans doute puisque c’est l’élément le plus abondant de l’Univers, mais on ne le voit pas directement. Des molécules simples comme le monoxyde de carbone, mais aussi plus complexes comme le méthanol: peut-être les premières briques de la chimie prébiotique. La densité de gaz augmente vers le centre, tout comme la température. Du côté des poussières, l’opacité même des disques montre qu’ils sont très poussiéreux. Les observations dans les domaines radio et infrarouge, dont les plus récentes sont celles du satellite Spitzer, semblent indiquer que ces grains de poussières sont de nature différente de ceux du nuage interstellaire initial. En particulier, le spectre infrarouge émis par certains disques suggère qu’ils contiennent des grains de taille centimétrique, alors que la gamme de taille des poussières interstellaires ne s’étend guère au-delà du micromètre. Comme les observations ne sont pas sensibles aux corps plus gros que le centimètre, il est probable que ces « gros grains » témoignent de la présence de planétésimaux. Quant aux éventuelles planètes, on ne peut malheureusement les observer directement, les jeunes étoiles étant bien trop variables pour les études de vélocimétrie.
Soumis au rayonnement de leur protoétoile, à ses sautes d’humeurs (les éruptions et le vent d’une protoétoile sont bien plus énergétiques que ceux d’une étoile comme le Soleil), souvent au rayonnement ultraviolet des jeunes étoiles voisines, les disques et en particulier leur composante gazeuse ont une durée de vie limitée. On ne connaît guère d’exemple d’étoile plus âgée que quelques millions d’années qui soit encore entourée d’un disque de gaz. Sans gaz, il est difficile de construire des planètes géantes. C’est donc en quelques millions d’années, une dizaine tout au plus, qu’il faut construire les systèmes planétaires.
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