Les astronomes voient l’épave où les planètes se sont écrasées dans un système stellaire lointain

Notre système solaire est né dans le chaos. Les collisions ont façonné et construit la Terre et les autres planètes, et ont même livré les éléments constitutifs de la vie. Sans fracasser les choses les unes dans les autres, nous pourrions ne pas être ici.

Heureusement, la plupart des collisions sont passées, et maintenant notre système solaire est un endroit relativement calme. Mais des collisions fréquentes se produisent encore dans d’autres systèmes solaires plus jeunes, et les astronomes peuvent voir les conséquences.

Les conséquences d’une collision sont l’occasion d’apprendre quelque chose sur la formation des planètes. Lorsqu’une collision se produit entre des objets distants, les astronomes y entraînent leurs télescopes pour comprendre ce qui s’est passé. Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Spitzer et d’autres installations pour suivre les conséquences d’une collision autour d’une jeune étoile nommée HD 166191.

“En regardant les disques de débris poussiéreux autour des jeunes étoiles, nous pouvons essentiellement regarder en arrière dans le temps et voir les processus qui ont pu façonner notre propre système solaire.”

Kate Su, auteur principal de l’étude, Université de l’Arizona.

HD 166191 est une étoile de dix millions d’années à environ 330 années-lumière du Soleil. Il a attiré l’attention des astronomes car il s’agit d’un disque protoplanétaire en transition vers un disque de débris. Des années d’observations ont montré qu’un nuage de débris post-collision passait devant l’étoile, donnant aux scientifiques un nouveau regard sur les collisions et leurs conséquences.

L’étude s’intitule “Un amas de poussière produit par un impact de la taille d’une étoile dans la zone terrestre du système HD 166191”. L’auteur principal est Kate Su, astronome au Steward Observatory de l’Université de l’Arizona. L’article est disponible en ligne sur The Astrophysical Journal.

“En regardant les disques de débris poussiéreux autour des jeunes étoiles, nous pouvons essentiellement remonter dans le temps et voir les processus qui ont pu façonner notre système solaire”, a déclaré Su dans un communiqué de presse.

L’équipe d’astronomes a commencé à regarder HD 166191 en 2015. Ils ont observé le jeune système solaire plus de 100 fois entre 2015 et 2019. Le système est trop jeune pour avoir des planètes adultes, mais les planétésimaux et peut-être même les planètes naines sont forcément en orbite autour de l’étoile. Malheureusement, ils sont trop petits et éloignés pour être vus dans des télescopes.

Mais les planétésimaux sont les éléments constitutifs des planètes. Et ces blocs ne s’accumulent pas de manière ordonnée. Au lieu de cela, ils s’écrasent les uns contre les autres, se brisant parfois en morceaux plus petits, se fondant parfois pour former finalement de plus grandes planètes rocheuses.

Ces collisions produisent des nuages ​​de poussière visibles dans l’infrarouge. L’énergie de l’étoile frappe la poussière et émet une lumière infrarouge. Et c’est ce que l’équipe a vu dans ses observations avec Spitzer. En 2018, l’équipe a observé une augmentation marquée de la luminosité à HD 166191. Cette augmentation suggère que la quantité de poussière autour de l’étoile a considérablement augmenté. “L’éclaircissement infrarouge à grande échelle indique évidemment une énorme augmentation de l’émission de débris…” écrivent les auteurs. “

Au fil des ans, les chercheurs ont observé un nuage de débris de la collision transiter devant son étoile. Ils ont calculé la taille des objets qui sont entrés en collision, le moment où la collision s’est produite et la vitesse de l’impact. Ils ont également observé la rapidité avec laquelle le nuage de débris s’est dispersé.

Leurs observations ont montré que le nuage de débris était allongé. Ils ont également montré que le nuage était plus grand que l’étoile, couvrant environ trois fois plus de surface. Mais l’augmentation de la lumière infrarouge en 2018 a suggéré autre chose. Il indiquait que seule une petite partie du nuage de débris passait directement devant l’étoile et que le nuage de poussière devait être beaucoup plus gros. Selon leurs recherches, il devait couvrir une zone des centaines de fois plus grande que l’étoile. C’est la seule explication à toute cette lumière infrarouge.

Pour produire autant de poussière, les objets dans les collisions devaient être aussi gros que des planètes naines. La planète naine la plus connue de notre système solaire est Vesta, que la mission Dawn de la NASA a visitée en 2011. Les astronomes à l’origine de cette étude affirment que les objets qui sont entrés en collision autour de HD 166191 avaient à peu près la même taille que Vesta, soit environ 530 km (330 miles ) en diamètre. “La quantité et la rapidité de l’augmentation du flux infrarouge nécessitent un événement catastrophique, comme une collision entre deux grands corps (? 500 km de diamètre) se produisant dans la zone terrestre”, écrivent les auteurs dans leur article.

Vue d’artiste du vaisseau spatial Dawn arrivant à Vesta. Crédit image : NASA / JPL-Caltech

La collision a généré beaucoup de chaleur et une partie du matériau a été vaporisée. Comme des balles sur une table de billard, l’impact a généré une réaction en chaîne de petites collisions entre des débris et d’autres objets rocheux en orbite. La cascade de collisions multiples à la mi-2018 explique la grande quantité de poussière et l’augmentation de l’énergie infrarouge. “Les simulations indiquent un taux substantiel de collisions de fragments rapidement après la perturbation par l’impact de corps de la taille d’un astéroïde, ce qui accélérerait le déclenchement d’une intense cascade de collisions”, indique le document. “Cette activité intense est encore mise en évidence par la détection d’un amas de poussière de la taille d’une étoile, passant devant l’étoile, au milieu de son éclaircissement infrarouge.”

Deux choses se sont produites dans les mois suivants : le nuage de poussière s’est élargi et est devenu plus translucide. La poussière et les débris rocheux de la collision se dispersaient autour du système solaire. Au moment où 2019 est arrivé, les observations ont montré que le nuage de poussière qui transitait devant l’étoile n’était plus visible, mais la quantité de poussière dans le système avait doublé.

Ces observations sont précieuses pour les scientifiques qui étudient les systèmes solaires et les planètes. La formation des planètes est en grande partie cachée à la vue. Les jeunes systèmes solaires sont des endroits poussiéreux pour commencer, et seuls certains observatoires peuvent percer le voile de poussière. Grâce à des observatoires comme ALMA, nous pouvons voir les voies creusées dans la poussière autour des jeunes systèmes solaires alors que les planètes se forment et balayent la poussière.

Image du disque de formation de planètes HL Tau (ne faisant pas partie de cette étude) prise avec le Atacama Large Millimeter Array.  Les astronomes pensent que les voies sombres sont celles où les planètes se forment.  Crédit : ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
Image du disque de formation de planètes HL Tau (ne faisant pas partie de cette étude) prise avec le Atacama Large Millimeter Array. Les astronomes pensent que les voies sombres sont celles où les planètes se forment. Crédit : ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

“En apprenant le résultat des collisions dans ces systèmes, nous pouvons également avoir une meilleure idée de la fréquence à laquelle les planètes rocheuses se forment autour d’autres étoiles”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Kate Su.

Les astronomes continueront à regarder HD 166191 pour voir comment le système se développe. Les astronomes pensent qu’il est en train de passer d’un disque protoplanétaire à un disque de débris. L’étoile elle-même n’accréte plus de matière. Les émissions infrarouges excessives suggèrent que le système est toujours poussiéreux, mais l’étoile a dissipé une grande partie du gaz restant de la formation d’étoiles par photoévaporation.

“Des simulations théoriques indiquent que l’existence même des planètes telluriques dépend de la fusion collisionnelle d’embryons planétaires et d’oligarques”, indique le document. Cette fusion collisionnelle se produit généralement au cours des 200 premiers millions d’années après que les disques protoplanétaires ont éliminé une grande partie du gaz résiduel de la formation d’étoiles. “Les collisions à grande échelle entre les planétésimaux et les embryons planétaires dans la région de la planète terrestre devraient être courantes après la dissipation du gaz dans un disque protoplanétaire, une étape dans laquelle nous pensons que HD 166191 est”, écrivent les auteurs.

Dans notre système solaire, il y avait probablement des dizaines de corps rocheux de la taille de la Lune à la taille de Mars dans le système solaire interne. Les astronomes pensent que la Lune s’est formée lorsqu’une protoplanète nommée Theia est entrée en collision avec la Terre. Il y a probablement eu beaucoup plus de collisions, et l’architecture du système solaire interne est le résultat de ce processus.

Mais les astronomes sont coincés à jouer à la médecine légale dans notre système solaire. Ils doivent étudier des systèmes distants comme HD 166191 pour voir tout cela se produire.

“L’état évolutif du système (juste après la dispersion de son disque riche en gaz) rend extrêmement précieux l’apprentissage du processus de formation de la planète terrestre et de l’architecture planétaire grâce à de futures observations”, explique le document.

Quelle est la prochaine étape pour HD 166191 ? Dans la conclusion de leur article, les auteurs écrivent que “pourrions-nous assister à la première phase d’impact géant dans l’assemblage des planètes telluriques dans la zone intérieure”. Ou l’activité qu’ils voient dans le jeune système “… pourrait être déclenchée par une perturbation d’objets de masse planétaire invisibles à proximité, créant des collisions de passage d’orbite dans la population d’astéroïdes existante.” Ou la migration d’une planète géante pourrait être impliquée.

Les jeunes systèmes poussiéreux subissent beaucoup de changements, et seules d’autres observations nous le diront. « La nature transitoire des systèmes extrêmement poussiéreux illustre davantage l’importance d’une surveillance continue. Les futures observations de ce système unique éclaireraient davantage notre compréhension de la formation terrestre-planète et de l’assemblage global de l’architecture planétaire », concluent-ils.

Apportez les observations supplémentaires!

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