Transformer la poussière interstellaire en graines de planètes: observations et modèles de jeunes proto-étoiles

Exploring the pristine conditions for transforming interstellar dust into planetesimals around the youngest solar-type protostars

• Auteur / Autrice : Marie-Anne Carpine
• Direction : Anaëlle Maury, Nathalie Ysard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 16/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Astrophysique Instrumentation Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Modèles numériques MHD

Jwst

Formation planétaire

Alma

Formation stellaire

Poussières

Star formation

Alma

Planet formation

MHD models

Dust grains

Jwst

Résumé

Les exoplanètes sont maintenant observées en grand nombre et autour d'étoiles aux propriétés variées. Berceaux du développement de la vie, il est essentiel de comprendre les processus physiques conduisant à leur formation mais aussi les conditions initiales qui prévalent lors des toutes premières étapes de leur assemblage afin de contraindre les modèles de genèse planétaire. Les observations récentes de disques protopanétaires suggèrent que certaines planètes puissent déjà être formées autour d'étoiles très jeunes, seulement un million d'années après le début du processus de formation stellaire: il semble donc crucial d'explorer les phases les plus précoces de la formation des étoiles de type solaire à la recherche des signatures de l'assemblage des poussières en petits planétésimaux. Récemment, notre équipe a obtenu des premiers indices observationnels que les particules de poussière autour des plus jeunes proto—étoiles de notre Galaxie pourraient déjà avoir évolué de manière significative avec des grains peut-être déjà grands de quelques microns. Si ces résultats sont confirmés, alors le scénario de formation des planétésimaux devra être revisité en prenant en compte l'impact de ces conditions initiales très différentes de celles qui règnent dans les disques autour d'étoiles T-Tauri, lors des premières phase de croissance de la poussière. Le sujet de thèse s'inscrit dans une approche concertée utilisant observations et modèles pour caractériser la taille des grains de poussières autour de proto-étoiles âgées de seulement quelques centaines de milliers d'années. Il s'agira tout d'abord de développer un nouveau modèle de poussières plus adapté aux phases denses, qui sera ensuite couplé à un code de transfert radiatif afin de comparer directement les données observationelles à des prédictions synthétiques d'émission des poussières issues de modèles MHD d'évolution protostellaire.

Exoplanets are now observed in large numbers and around stars with varied properties. Cradles of life development, it is essential to understand the physical processes leading to their formation but also the initial conditions that prevail during the very first steps of their assembly in order to constrain the models of planetary genesis. Recent observations of protopanetary disks suggest that some planets may already be formed around very young stars, only one million years after the beginning of the star formation process: it seems therefore crucial to explore the earliest phases of solar-type star formation in search of signatures of dust assembly into small planetesimals. Recently, our team obtained first observational evidence that dust particles around the youngest protostars in our Galaxy might have already evolved significantly with grains perhaps already a few microns large. If these results are confirmed, then the scenario of planetesimal formation will have to be revisited by taking into account the impact of these initial conditions very different from those prevailing in the disks around T-Tauri stars, during the first phase of dust growth. The subject of this thesis is part of a concerted approach using observations and models to characterize the size of dust grains around protostars only a few hundred thousand years old. The work will start with implementing a new dust model better adapted to the dense gas which will be then coupled to a radiative transfer code, ultimately allowing to directly compare the observational data to synthetic predictions of the dust emission from MHD models of protostellar evolution.