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Alma débusque des planètes géantes en formation

Grâce à l'observatoire Alma, au Chili, des astronomes ont trouvé, au sein des disques de gaz et de poussière qui entourent quatre jeunes étoiles, d’indiscutables preuves de la récente formation de planètes dont les masses excèdent plusieurs fois celle de Jupiter. Des mesures effectuées sur le gaz qui les environne ont par ailleurs permis de mieux cerner leurs propriétés.

Illustration d’une planète géante autour d’une jeune étoile. Pour les chercheurs, dans les quatre cas observés, elles ont nettoyé le gaz à mesure qu’elles décrivaient leurs orbites autour de l’étoile centrale et piégé les particules de poussière en périphérie. © Alma, Eso, NAOJ, NRAO, M. Kornmesser Illustration d’une planète géante autour d’une jeune étoile. Pour les chercheurs, dans les quatre cas observés, elles ont nettoyé le gaz à mesure qu’elles décrivaient leurs orbites autour de l’étoile centrale et piégé les particules de poussière en périphérie. © Alma, Eso, NAOJ, NRAO, M. Kornmesser

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Autour de chaque étoile ou presque gravitent plusieurs planètes. Toutefois, les conditions de leur formation demeurent aujourd’hui encore partiellement incomprises. Afin de lever ce voile de mystère, les astronomes étudient les disques de gaz et de poussière en rotation autour de jeunes étoiles où des planètes se forment. Ainsi, la puissance d’Alma, le grand réseau (sub-)millimétrique de l’Atacama, au Chili, leur a permis de s’affranchir de la petitesse de ces disques ainsi que de leur distance avec la Terre.

Les disques transitoires sont un type particulier caractérisé par une absence de poussière en leur centre, là où se situe l’étoile hôte. Ce vide résulterait de l’un des scénarios suivants : soit de puissants vents stellaires ainsi qu’un intense rayonnement ont balayé ou détruit cette matière (un processus nommé photo-évaporation), soit cette matière a été expulsée par de jeunes planètes massives en formation alors qu’elles gravitaient autour de leur étoile.

L’incomparable sensibilité d’Alma et la netteté des images obtenues ont tout récemment permis à une équipe conduite par Nienke van der Marel, de l’observatoire de Leiden, aux Pays-Bas, de cartographier, avec un degré de précision inédit, la distribution de gaz et de poussière au sein des quatre disques transitoires SR 21, HD 135344B (ou SAO 206462), DoAr 44 et Oph IRS 48. Les résultats obtenus, publiés dans Astronomy & Astrophysics, leur ont permis de privilégier une des deux pistes envisagées.

Trous de poussières et cavités de gaz

Les images nouvellement acquises montrent l’existence de quantités significatives de gaz (principalement de l’hydrogène) au sein des trous de poussière. À la surprise des chercheurs, il est apparu que le gaz présentait lui aussi une cavité centrale, de dimension jusqu’à trois fois inférieure à celle du trou de poussière.

Pour eux, cette observation trouve une seule et unique explication : les planètes massives nouvellement formées ont nettoyé le gaz à mesure qu’elles ont décrit leurs orbites autour de l’étoile centrale et piégé les particules de poussière en périphérie (voir aussi à ce sujet « Oph-IRS 48 et son vortex générateur de planètes, selon Pierre Barge »).


Grâce à Alma, des astronomes ont découvert de notables différences entre les cavités du gaz et les trous de poussière au sein des disques environnant quatre jeunes étoiles. Ces nouvelles observations constituent d’indéniables preuves de la formation récente de planètes dotées de plusieurs masses joviennes au sein de ces disques. © Alma, Eso, NAOJ, NRAO, M. Kornmesser

« De précédentes observations suggéraient déjà la présence de gaz au sein des trous de poussière, indique Nienke van der Marel. Alma étant capable de cartographier la matière sur la totalité du disque avec une résolution nettement supérieure à celle de tout autre instrument, nous avons été en mesure d’exclure l’autre scénario envisagé jusqu’à présent. Une cavité aussi profonde plaide nettement en faveur de l’existence de planètes dotées de masses de l’ordre de plusieurs fois celle de Jupiter et résulte de leur balayage du disque. »

Il est intéressant de noter que ces observations ont été effectuées alors que le réseau d’antennes était encore en construction sur le plateau Chajnantor au Chili. Il n’était doté alors que de 10 % de son pouvoir de résolution actuel.

Un mécanisme universel ?

De nouvelles études, appliquées à d’autres disques transitoires, permettront peut-être d’établir l’universalité de ce scénario de défrichage planétaire. D’ici là, les observations d’Alma auront fourni aux astronomes de précieux renseignements concernant le processus complexe de formation planétaire.

« L’ensemble des disques transitoires étudiés à ce jour et qui présentent de vastes trous de poussière sont également caractérisés par des cavités de gaz. Grâce à Alma, nous pouvons à présent déterminer le lieu ainsi que l’époque de formation de ces planètes géantes au sein de ces disques, puis comparer les résultats obtenus aux modèles de formation planétaire, déclare Ewine van Dishoek, de l’université de Leiden, aux Pays-Bas, et de l’institut Max Planck dédié à la Physique extraterrestre, à Garching, en Allemagne. La détection directe de planètes est à la portée des instruments actuels et la prochaine génération de télescopes actuellement en cours de construction, tel l’E-ELT, le télescope géant européen, nous permettra de repousser ces limites. Alma permet de cibler les observations à venir. »

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Les planètes sont étonnamment variées et complexes. Au nombre de huit dans notre Système solaire, elles se sont formées après le Big Bang selon un scénario surprenant. Découvrez, grâce à Discovery Science, la naissance de ces astres.


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