Kant et Laplace savaient déjà que notre Système solaire est né de l'effondrementeffondrement d'un nuagenuage de matière, la nébuleuse protosolaire. Mais ils ignoraient bien des détails du processus complet et nous-même en ignorons encore. C'est pour cela qu'il nous faut continuer à observer et étudier la naissance des étoiles semblables au Soleil entourées d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire. Elles sont souvent en couple jeunes, certaines le restent toute leur vie et d'autres non. On pense d’ailleurs que le Soleil lui-même avait un jumeau pendant une très courte période au début de sa formation.

Or, justement, depuis quelque temps, les astrophysiciensastrophysiciens observent, avec divers instruments, IRAS 16293-2422. Cette source infrarougeinfrarouge est en fait un système binairesystème binaire de deux protoétoilesprotoétoiles, qui n'ont donc pas encore enclenché des réactions thermonucléaires en leurs cœurs, de massesmasses chacune similaire à celles du Soleil et qui se trouvent à portée d'observation notamment d'Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), comme Futura l'expliquait dans le précédent article ci-dessous.

IRAS, le pionnier de l'astronomie infrarouge

IRAS 16293-2422 se trouve dans l'une des régions de formation d'étoiles les plus proches du Système solaire, à savoir le nuage de Rho Ophiuchi, un nuage moléculaire géant de la Voie lactéeVoie lactée composé en partie d'hydrogènehydrogène ionisé et de poussière sombre. Il doit son nom à l'étoile qui domine la région dans laquelle il se trouve, ρ Ophiuchi.

Comme son nom l'indique, IRAS 16293-2422 est une des sources observées par l'Infrared Astronomical Satellite (IRAS), le premier télescope spatialtélescope spatial à étudier le ciel complet en lumièrelumière infrarouge. Il avait été placé par la NasaNasa sur une orbiteorbite héliosynchronehéliosynchrone le 25 janvier 1983, fonctionnant durant dix mois jusqu'à l'épuisement de l'héliumhélium liquideliquide servant à refroidir ses instruments.

IRAS était un précurseur technique et scientifique de futures missions spatiales infrarouges emblématiques, notamment les télescopes spatiaux Spitzer, James-Webb et Herschel. IRAS a détecté environ 350 000 sources infrarouges et fait un certain nombre de découvertes inattendues, dont des preuves de grains de poussière autour des étoiles VegaVega et Fomalhaut, ce qui suggérait fortement déjà l'existence de systèmes planétaires autour d'autres étoiles.

Une vue d'artiste de IRAS. © Nasa

Aujourd'hui IRAS 16293-2422 revient à nouveau sur le devant de la scène grâce à des observations de Alma qui ont donné lieu à un article que l'on peut trouver en accès libre sur arXiv.

Des chercheurs de l'Institut Max-PlanckPlanck de physiquephysique extraterrestre (MPE) ont ainsi mis en évidence autour des deux protoétoiles des régions plus chaudes dans la matière encore en cours d'accrétionaccrétion. Les élévations de températures sont probablement dues à des collisions d'ondes de choc, comme celles produites lors des « bangs » supersoniques des avions. Ces ondes de choc pourraient être causées par une accrétion localisée de matière dans l'enveloppe environnante du système binaire ou par une fragmentation locale due à des instabilités gravitationnelles.

IRAS 16293-2422, un laboratoire pour comprendre la naissance du Soleil

Les conditions de températures et de pressionspressions régnant dans les régions chauffées et comprimées par les ondes de choc peuvent modifier la composition chimique des nuages ​​de gazgaz et de poussière, car des moléculesmolécules précédemment gelées dans les manteaux de glace autour des grains de poussière silicatés et carbonés sont libérées par la sublimationsublimation de la glace.

Les réactions qui peuvent alors s'enclencher sont potentiellement importantes, déjà parce que des molécules organiques présentes dans l'espace, initialement contenues dans la glace, sont les précurseurs potentiels de molécules plus complexes essentielles à la vie. D'autres modifications de la matière peuvent, elles, impacter la composition chimique et la quantité de matériaux qui peut s'agglutiner, modifiant ainsi les propriétés des systèmes planétaires en résultant, comme l'explique le communiqué du MPE accompagnant l'annonce de la découverte.

Un aperçu détaillé des jeunes étoiles binaires (marquées par des symboles d'étoiles) dans le système IRAS 16293–2422. Dans cette image radio prise avec le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array au Chili, la couleur indique la distribution de température des protoétoiles et de leur environnement, le blanc représentant les températures élevées. Les trois points chauds (marqués par des croix) sont très probablement chauffés par des ondes de choc, et non par les proto-étoiles elles-mêmes. © Alma (ESO/NAOJ/NRAO)/Maureira et al.

Le même communiqué contient des commentaires de plusieurs chercheurs impliqués dans le travail publié.

« Ces nouvelles observations fascinantes révèlent que nos modèles de disques actuels sont incomplets et qu'ils doivent inclure une source de chauffage supplémentaire. Cela modifiera la façon dont nous estimons les propriétés de la poussière et les masses de ces jeunes disques », déclare ainsi Jaime Pineda du  MPE.

« Ces observations nous ont permis de dévoiler les conditions physiques et la distribution de molécules organiques complexes avec une sensibilité et une résolutionrésolution angulaire sans précédent. Ceci est crucial pour comprendre la chimiechimie de ces molécules et ainsi exploiter pleinement leur pouvoir de diagnosticdiagnostic non seulement dans cette observation mais aussi dans les observations futures de systèmes similaires », précise Paola Caselli, directrice du Centre d'études astrochimiques du MPE.

« Parce que ce système stellairesystème stellaire "bébé" est très brillant, nous pouvons l'utiliser comme laboratoire pour apprendre comment les étoiles avec des masses similaires à notre Soleil se forment. Lorsque nous avons analysé la taille de la poussière, nous avons constaté qu'elle avait probablement déjà augmenté, mais pas au niveau auquel nous nous attendions. Cela est peut-être lié aux températures élevées dans les points chaudspoints chauds ou à la configuration désalignée du système. L'équipe travaille à obtenir plus d'observations et à simuler le jeune système binaire stellaire dans un ordinateurordinateur pour aider à répondre à ces nouvelles questions », conclut Kadron Silsbee, coauteur à l'université du Texas.

Alma nous dévoile la naissance d'une étoile double

Article de publié le 21 juin 2020 par Emma HollenEmma Hollen

Grâce à l'interféromètreinterféromètre Alma, les chercheurs ont été en mesure d'observer en haute résolution la formation d'un jeune système binaire d'étoiles. Caché dans la constellationconstellation du Serpentaire, celui-ci intrigue les scientifiques depuis plusieurs années.

Baptisé IRAS 16293-2422, le système binaire récemment observé par les chercheurs est situé dans un nuage moléculaire de la constellation du Serpentaire. À seulement 460 années-lumièreannées-lumière, cette structure est l'une des régions de formation des étoiles les plus proches du Système solaire, et les plus brillantes de notre ciel. Émettant de nombreuses molécules organiques complexes, ingrédients nécessaires à l'apparition d'espèces pré-biotiques, elle fait l'objet de l'attention soutenue des chercheurs depuis des années. Le système binaire qu'elle contient, quant à lui, avait longtemps été caché par une importante quantité de matière dans son voisinage, jusqu'à ce que l'intervention d'Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) permette enfin aux chercheurs de l'observer pour la première fois en détail.

Observation d'un jeune système binaire

« Nos observations confirment l'emplacement des deux protoétoiles, proches l'une de l'autre, et révèlent que chacune d'elles est entourée d'un tout petit disque de poussière », note María José Maureira, auteure principale de l'étude parue sur le site arXiv. « Ensemble, elles sont également enveloppées d'une quantité importante de matériaumatériau dépeignant des motifs complexes. » Les images en haute résolution obtenues à l'aide de l'interféromètre Alma, situé au Chili, ont révélé deux sources compactes, sobrement nommées A1 et A2. Tandis que le disque de matière autour de A2 est d'environ 12 unités astronomiquesunités astronomiques, celui de A1 ne mesure que 4 ua de diamètre, soit approximativement celui de la ceinture principale d'astéroïdeastéroïde.

Les étoiles A1 et A2 du système binaire IRAS 16293-2422, enveloppées de disques de matière. © MPE

Étoile double en formation

Les mesures effectuées par les astronomesastronomes leur ont également offert la possibilité d'étudier les étoiles bien au-delà de leur simple apparence et de leur emplacement, en fournissant notamment des informations concernant leur masse et leur relation. Des analyses spectrographiques portant sur le gaz qui les entoure ont notamment permis de calculer un total d'une masse solaire pour A1, contre 1,4 pour A2, mais aussi de confirmer que les deux étoiles forment une paire liée. En combinant ces informations avec l'ensemble des données collectées au cours des 30 dernières années, l'équipe a par ailleurs découvert que A1 orbite autour de A2 une fois tous les 360 ans sur un axe incliné à 60°, à une distance équivalente à l'orbite de Pluton par rapport au Soleil.

« C'est la première fois que nous sommes capables de dériver l'ensemble des paramètres orbitaux d'un système binaire, à un stade de formation des étoiles si prématuré », remarque Jaime Pineda qui a participé à la modélisationmodélisation du système. Paola Caselli, directrice du Max PlanckMax Planck Institute for Extraterrestrial Physics, poursuit : « Grâce à ces résultats, nous avons enfin été capables de plonger dans l'un des systèmes de protoétoiles les plus jeunes et les plus enfouis, révélant sa structure dynamique et sa morphologiemorphologie complexe, où nous pouvons clairement voir du matériel filamenteux connectant les disques circumstellaires à la région environnante, et possiblement au disque entourant le système. Les petits disques sont probablement encore nourris et en train de grandir ! »