© ALMA / HST / N. Grosso – Dutrey et al. 2025, Guilloteau et al. 2025
Anne Dutrey, astrophysicienne au LAB et directrice adjointe de l’OASU, est première autrice de l’article «Edge-On Disk Study (EODS) III: Molecular Stratification in the Flying Saucer Disk» publié dans la revue « Astronomy et Astrophysics ». Cet article se base sur des observations avec l’interferometre ALMA qui utilise des logiciels développés à l’OASU au sein ce SNO. Elles permettent d’imager pour la première fois les différentes couches moléculaires dans un disque protoplanétaire vu par la tranche. En effet, les observations de profil avec ALMA du disque protoplanétaire du « Flying Saucer » révèlent complètement la structuration radiale et verticale des molécules de gaz, du plan à la couche moléculaire et au-dessus. Il s’agit d’une étape fondamentale dans la détermination de la composition des embryons planétaires qui peuvent se former et migrer sur le plan du disque.
L’étude des disques protoplanétaires qui tournent autour des étoiles jeunes vise à comprendre l’origine des planètes. Observer ces disques lorsqu’ils sont vus par la tranche permet de remonter à leur structure physique et chimique en tomographiant la distribution radiale et verticale des molécules présentes.
La sensibilité et le pouvoir résolvant de l’interféromètre ALMA ont permis de cartographier au sein du disque du « Flying Saucer » vu de profil des molécules abondantes qui sont reconnues comme des précurseurs nécessaires à l’élaboration de la vie (molécules à partir de H,C,N,O). La tomographie de ces molécules en phase gazeuse permet de suivre la structure radiale et verticale, tandis que la modélisation permet de remonter aux conditions de température et de densité du gaz.
Pour la première fois, une équipe internationale (européenne, américaine et asiatique) a imagé la couche moléculaire où se situent l’essentiel des molécules en phase gazeuse. A 100 ua de l’étoile (1 ua étant la distance Terre-Soleil), elle est localisée à environ 10-30 ua au-dessus du plan du disque et se trouve à une température de 20 Kelvin (e.g. 13CO, CN, HCN, CS…). Le plan du disque est plus froid (9-10K) et à cette température, la plupart des molécules plus lourdes que H2 condensent sur les grains pour former des manteaux de glaces. Ces observations permettent de tracer en détail cette zone sur le plan où les molécules ont disparu du gaz (e.g. 12CO, CS, CN …). Proche du plan, on n’observe plus que les molécules deutérées (DCN, N2D+), ainsi que la théorie le prédit.
Les observations montrent également quelques molécules localisées sur le plan du disque bien au-delà du disque de poussières observé avec ALMA, en partie vraisemblablement à cause du changement des propriétés des poussières qui favorise la pénétration de la lumière. C’est tout particulièrement le cas pour par exemple pour le formaldehyde (H2CO).
Ces observations représentent un grand pas dans la caractérisation fine de la structuration des molécules, en particulier pour le plan des disques, là où se forment les embryons planétaires. Elles sont donc déterminantes pour la composition physico-chimique des planètes en devenir.
Tomographies des raies moléculaires observées avec ALMA à la résolution de 20 ua. Il s’agit de l’intensité des raies en fonction du rayon et de l’altitude. La couche moléculaire apparaît directement ainsi que le déficit de molécules sur le plan.
Crédit : Anne Dutrey (LAB-CNRS)/ ALMA