Tourbillons dans le berceau des planètes express
La jeune étoile HL Tau est entourée d'un disque de gaz et de poussière, berceau des futures planètes. À l'intérieur de ce disque, le gaz ne reste pas en place : il tourne, mais en tremblant et en se mélangeant, comme l'eau d'une rivière en crue. Des astronomes ont pour la première fois mesuré directement l'intensité de ce brassage.
Galaxie : un système immense d'étoiles, de gaz et de poussière, dont le disque autour de HL Tau n'est qu'une infime partie. Les scientifiques ont utilisé les données du télescope ALMA, en observant le rayonnement des molécules de formaldéhyde (H2CO). La largeur des raies de ce rayonnement permet d'estimer la vitesse du gaz. Il s'avère que le gaz du disque tremble à une vitesse d'environ 0,15 km/s, soit à peu près la vitesse d'un piéton. Mais pour un gaz froid, c'est énorme : la turbulence y est plusieurs fois plus forte que dans les disques plus matures.
D'où vient une telle agitation ? Le disque de HL Tau est encore jeune et reçoit du gaz qui tombe du nuage environnant. Ce gaz qui s'effondre percute le disque et le secoue, comme le vent agite la surface d'un lac. De plus, le disque lui-même est massif et peut être instable, engendrant des tourbillons. Une turbulence aussi forte empêche la poussière de se déposer rapidement au centre du disque ; par conséquent, les planètes se forment plus lentement et autrement que dans les disques calmes.
Cette découverte montre que les jeunes systèmes planétaires traversent une phase tumultueuse. Cela change notre vision de la vitesse et du lieu de naissance des planètes. À l'avenir, de telles mesures aideront à comprendre pourquoi certaines étoiles se dotent de planètes et d'autres restent seules.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.29147
Turbulence in protoplanetary disks plays a crucial role in the evolution of disk structures and the planet formation process therein. However, the strength of the turbulence remains unclear in young, embedded disks surrounded by infalling envelopes. In this paper, we present the first direct measurement of the nonthermal velocity dispersion within the embedded disk around HL Tau, which possesses a dusty disk with multiple rings and gap structures but is still associated with infalling gas flows from an envelope. Using ALMA archival data of the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission, we measured the local line width through a parametric model fitting that accounts for the contribution of Keplerian shear motion. After subtracting the thermal component, the nonthermal velocity dispersion is $$\sim\!\!0.15~\mathrm{km~s^{-1}}$$ on average over radii of $$80$$-$$180~\mathrm{au}$$, and it slightly increases with radius. The estimated nonthermal motions correspond to a turbulent mach number of $$\mathcal{M}\!\!\sim\!\!0.4$$ or a viscous $$\alpha$$ value of $$\alpha \!\!\sim\!\!0.16$$, assuming that it is entirely caused by turbulence and $$\alpha \!\!\sim \!\! \mathcal{M}^2$$. Our analysis also suggests that the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission traces near the disk midplane ($$z\lesssim 0.1 R$$). Turbulence driven by the gravitational instability or infall from the envelope most naturally explains the large nonthermal motions, considering the large disk mass and associated infalling streamers. The strong turbulence measured in the outer disk, in contrast to the vertically settled inner dusty disk, suggests a pronounced radial variation in the turbulence strength and/or an anisotropic nature of the turbulence within the disk.
La vitesse des mouvements turbulents dans le disque de HL Tau, 0,15 km/s, est à peu près celle d'une marche rapide. Mais pour un gaz froid, c'est très rapide : la température n'y est que d'environ 30 kelvins (−243°C), et les molécules y bougent à peine d'elles-mêmes.