Dans le disque protoplanétaire de Fomalhaut

Fomalhaut est une jeune étoile qui n’est qu’à 25 années-lumière de la Terre. Sous le regard perçant d'Hubble et Herschel, elle exhibe un disque de débris rappelant la ceinture de Kuiper. Mais selon les dernières observations d’Herschel, ce disque pourrait bien n’exister que s’il est alimenté chaque jour par quelque 2.000 collisions de comètes d’un kilomètre de diamètre !

Lorsqu’un système planétaire se forme à partir d’un cœur dense dans un nuage moléculaire qui s’effondre gravitationnellement, que ce soit à cause de la turbulence ou d’un Little Bang, on obtient d’abord un disque protoplanétaire riche en gaz. En quelques millions d’années, ce gaz se dissipe, laissant des planètes encore en formation par collision de planétésimaux et un disque de débris dans lequel des collisions entre astéroïdes et comètes sont fréquentes pendant un temps. De nombreux disques de débris autour de jeunes étoiles sont connus. Ils ressemblent à la ceinture de Kuiper mais sont beaucoup plus riches en poussières.

Or, sous l’influence de l'effet Poynting-Robertson (processus par lequel le rayonnement d’une étoile provoque la descente en spirale des particules de poussière en sa direction), ces disques devraient se dépeupler en poussières en une dizaine de millions d’années (l'effet est dû au fait que le mouvement orbital des grains de poussières provoque un léger décalage de la pression radiale de la lumière en raison de son aberration). Comme cela n’est pas le cas pour certains d’entre eux âgés de plus de 100 millions d’années, il faut en conclure que des collisions fréquentes entre petits corps célestes alimentent fortement ces disques en poussières, pendant quelque temps.



Un des plus célèbres disques de débris est celui formant un anneau autour de l’étoile Fomalhaut. Observé par Hubble, sa structure légèrement distordue implique que des exoplanètes doivent exister autour de cette jeune étoile située à 25 années-lumière de la Terre. On a même pensé un moment avoir imagé directement l’une de ces exoplanètes qui serait une géante gazeuse. Mais son existence a été remise en doute récemment. Les observations d'Alma ne semblent en effet pas favorables à cette hypothèse



Fomalhaut elle-même est une étoile chaude de type A dont l’âge est estimé entre 100 et 300 millions d’années. Dix-huit fois plus lumineuse que le Soleil et avec une masse 2,1 fois plus élevée, elle devrait durer un milliard d’années.

Situé à environ 140 unités astronomiques (UA) de l'étoile (la distance séparant Pluton du Soleil équivaut à environ 40 fois la distance Terre-Soleil ), l’anneau du disque de débris de Fomalhaut se révèle nettement dans l’infrarouge lointain sous le regard d’Herschel, ainsi que sous celui d’Alma. Avec les instruments d’Alma, on peut par exemple établir que la largeur de l'anneau équivaut à environ 16 UA, et que son épaisseur représente le septième de sa largeur.

Mais ce sont probablement les observations d’Herschel, jointes aux précédentes d'Hubble, qui donnent l’information la plus stupéfiante. Le rayonnement produit par les grains détectés par ces deux télescopes spatiaux indique tout d’abord que l’on est en présence de sorte d’agglomérats de poussières plus petites, et que ces grains doivent provenir probablement de collisions de comètes.

Mais surtout, pour être présentes en de telles quantités, il faut en conclure que le taux de collisions de comètes est très élevé pour maintenir un tel anneau pendant plus de 100 millions d’années, malgré l'effet Poynting-Robertson. Les chercheurs estiment ainsi dans un article publié sur arxiv qu’il pourrait y avoir jusqu’à 2.000 collisions par jour entre des comètes d’environ 1 kilomètre de diamètre. Même en supposant qu’il s’agisse d’objets de 10 kilomètres de diamètre, on obtient tout de même un taux de deux collisions par jour, ce qui reste impressionnant.