Des grains de poussières plus gros que prévu

Une équipe internationale pilotée par l'Irfu a sondé les enveloppes de poussières autour d'étoiles encore en formation et observé des grains de taille millimétrique dans leur partie centrale. Une découverte surprenante qui pourrait bousculer les modèles de formation des planètes.

Comment les grains de poussière présents dans les milieux interstellaires s'agrègent-ils pour constituer les "briques" de base de futures planètes ? Pour saisir ce discret commencement, il faut sonder les grandes enveloppes de gaz et de poussières à l'intérieur desquelles naissent les étoiles. Chauffées par l'étoile encore en formation, ces poussières émettent de la lumière dans le domaine submillimétrique. Il faut par conséquent disposer de moyens d'observation à haute résolution spatiale dans cette gamme de longueurs d'onde.

Pour cette raison, les chercheurs de l'Irfu ont observé un ensemble de douze étoiles en formation (proto-étoiles) grâce au grand réseau d'antennes Noema (Northern Extended Millimeter Array) de l'Iram (Institut de radioastronomie), situé sur le plateau de Bure, dans les Alpes.

Plus précisément, ils ont mesuré la lumière émise aux longueurs d'onde 1 et 3 mm et ont pu en déduire l'indice d'émissivité des poussières: un indicateur de l'efficacité avec laquelle la surface du grain émet de la lumière. Or, leurs observations montrent que cet indice, faible, décroît continûment de la périphérie du cocon proto-stellaire jusqu'au centre où se forme l'embryon d'étoile. Une des hypothèses favorisées par l'étude serait que ce faible indice d'émissivité signe la présence de "gros" grains de poussière, de diamètres supérieurs à 100 µm.

La croissance de grains de taille millimétrique, moins de 100.000 ans après le démarrage de la formation de l'étoile, aux densités typiques des cocons proto-stellaires - 0,1 million de particules par cm3, c'est-à-dire une densité 1015 fois plus faible que l'air que nous respirons mais qui reste élevée aux échelles astrophysiques - ne peut pas être expliquée par les modèles actuels. Si ces modèles doivent être révisés, il est possible que la formation des planètes, par accrétion de matière - un processus analogue à celui de la croissance des grains de poussières - doive, elle aussi, être reconsidérée: elles pourraient se former plus tôt que ce qui est admis aujourd'hui, dans l'histoire d'un système étoile-planètes.

A l'aide des grands interféromètres terrestres actuels, les astrophysiciens peuvent désormais accéder à une résolution leur permettant de distinguer à l'intérieur du nuage de gaz et de poussières le disque d'accrétion entourant la proto-étoile. Des données complémentaires cruciales pour reconnecter les différentes échelles, suivre l'évolution des grains et tester les différentes hypothèses des scientifiques sur leur croissance.

Ces travaux s'inscrivent dans le projet MagneticYSOs porté par Anaëlle Maury et financé par l'ERC (European Research Council).

Références:
Low dust emissivities and radial variations in the envelopes of Class 0 protostars: a signature of early grain growth?, Astronomy & Astrophysics (sous presse)