Une nouvelle méthode pour déterminer les abondances de glaces dans les disques protoplanétaires

Les disques protoplanétaires sont composés d’un mélange de gaz, de poussières et de glaces et constituent le lieu de formation des planètes. Les glaces jouent notamment un rôle clé dans la formation planétaire, dans l’apport de l’eau dans les planètes ainsi que dans la composition des atmosphères planétaires. Il est donc important de pouvoir caractériser et quantifier l’abondance de glace à l’intérieur des disques protoplanétaires.

Les études précédentes ainsi que des programmes avec le télescope spatial James Webb tentent de quantifier l’abondance de glace via l’étude des bandes d’absorption de glace grâce à la spectroscopie infrarouge. Seuls les systèmes sans enveloppe et très inclinés permettent de tracer les glaces dans les disques car ils absorbent et diGusent la lumière stellaire. Cependant, plusieurs observations ainsi que des modèles ont démontrés une saturation des bandes de glaces quand l’inclinaison du disque devient trop importante, ce qui empêche de quantifier l’abondance de glace dans les disques trop inclinés.

Une récente étude menée par Laurine Martinien, étudiante en thèse à l’IPAG, propose une nouvelle méthode permettant d’outrepasser ce problème de saturation des bandes de glace pour des disques fortement inclinés. Cette méthode se base sur la mesure du changement de l’épaisseur du disque (défini par dneb sur la figure ci-dessous) en fonction de la longueur d’onde, qui est directement relié à l’opacité des grains et à la masse du disque.

Panel de gauche : Image JWST/NIRSpec de Tau 042021 à 3.1 μm. Les deux surfaces du disque sont clairement séparées, ce qui permet de mesurer l’épaisseur totale du disque, dneb. Panel de droite : Épaisseur du disque en fonction de la longueur d’onde dans des observations JWST/NIRSpec observations. Les ‘bumps’ associés aux espèces de glace les plus communes sont indiquées.

Des observations James Webb de quatre disques protoplanétaires edge-on (très fortement inclinés, proche de 90°) ont été obtenus et dans lesquelles il a été possible de mesurer leur épaisseur en fonction de l’inclinaison.

L’épaisseur des disques diminue avec l’augmentation de la longueur d’onde, à l’exception des longueurs d’ondes correspondantes à la présence de glace où l’on voit apparaître un ‘bump’. Ceci confirme donc la présence des glaces d’eau, de CO2 et de CO dans les 4 disques. L’augmentation de l’épaisseur de disque traduit par le ‘bump’ est dû à la présence de glace qui ajoute de l’opacité par-dessus celle du continu. D’après nos modèles, la hauteur de ce ‘bump’ est quantitativement corrélé à l’abondance de glace au sein du disque.

Grâce à cette méthode robuste et qui n’est pas sujette à la saturation, il sera donc possible de contraindre l’abondance de glace dans les disques protoplanétaires fortement inclinés.