Sciences

Le plus beau portrait d'un système planétaire en formation

ActualitéClassé sous :ALMA , système protoplanétaire , ESO

-

Cette nouvelle image réalisée avec Alma révèle avec une précision inégalée à ce jour des détails dans le disque de formation planétaire autour d'une jeune étoile. Ce sont les images les plus précises jamais réalisées dans les longueurs d'onde submillimétriques. Ces nouveaux résultats représentent un pas énorme dans l'observation du développement des disques protoplanétaires et de la formation des planètes.

Sur cette image la plus précise jamais réalisée avec Alma, on distingue le disque protoplanétaire qui entoure la jeune étoile HL-Tauri, distante de 450 années-lumière. Ces nouvelles observations révèlent des structures dans le disque jamais observé auparavant et dévoilent même les emplacements possibles des planètes en formation dans les zones sombres au cœur du système. © Alma, Eso, NAOJ, NRAO

Pour les premières observations du Vaste réseau d'antennes (sub-) millimétrique de l'Atacama — Alma, pour Atacama Large Millimeter/submillimeter Array — dans sa nouvelle et puissante configuration, les chercheurs ont pointé les antennes sur HL-Tauri, une jeune étoile entourée d'un disque de poussière, située à environ 450 années-lumière de la Terre. L'image obtenue est au-delà de toute attente. Elle révèle en effet des détails d'une grande finesse dans le disque de matière résultant de la naissance de l'étoile. Les structures sont vues avec une résolution de seulement cinq fois la distance Terre-Soleil, ce qui correspond à une résolution angulaire d'environ 35 millisecondes d'arc (meilleure que ce qui est habituellement obtenu avec le télescope spatial Hubble). Elle montre une série d'anneaux concentriques lumineux, séparés par des vides.

« Ces structures sont, de manière quasi certaine, le résultat d'objets semblables à de jeunes planètes qui se sont formées dans le disque. Ceci est étonnant, car des étoiles aussi jeunes ne sont pas supposées avoir des grands corps planétaires capables de produire le type de structures que l'on voit sur cette image » explique Stuartt Corder, directeur adjoint d'Alma.

« Quand nous avons regardé cette image pour la première fois nous avons été sidérés par le niveau spectaculaire de détails. Nous étions sans voix, raconte Catherine Vlahakis, adjointe du programme scientifique d'Alma et responsable de celui pour la campagne Alma Long Baseline Campaign«HL Tauri n'a pas plus d'un million d'années, et son disque apparaît déjà plein de planètes en formation. Cette seule image va révolutionner les théories de la formation planétaire. »

Sur cette image réalisée par le télescope spatial Hubble, on découvre l’environnement tumultueux de HL-Tauri (au sein du nuage bleuté), très jeune étoile indiscernable dans le visible, entourée d’un disque protoplanétaire. © Esa, Nasa, Hubble, Judy Schmidt

La vue perçante des 66 antennes d’Alma

Les disques de HL-Tauri apparaissent plus développés que l'on aurait pu s'y attendre compte tenu de l'âge du système. Aussi, cette image suggère également que le processus de formation planétaire doit être plus rapide que ce que nous pensions auparavant.

Une telle haute résolution ne peut être atteinte qu'en utilisant les capacités offertes grâce à la Grande ligne de base d'Alma. Il est ainsi possible de fournir aux astronomes de nouvelles informations impossibles à collecter avec un autre équipement, pas même avec le télescope spatial Hubble. « La logistique et les infrastructures nécessaires pour positionner les antennes à des emplacements aussi distants nécessitent une coordination des efforts sans précédent par une équipe internationale d'experts composée d'ingénieurs et de chercheurs, précise son directeur Pierre Cox. Cette grande ligne de base remplit pleinement l'un des objectifs principaux d'Alma et constitue un événement technologique, scientifique et en ingénierie considérable. »

Les jeunes étoiles comme HL-Tauri sont nées dans des nuages de gaz et de fine poussière, dans des régions qui se sont effondrées sous les effets de la gravitation, formant un cœur dense et chaud qui « s'enflamme » finalement pour donner naissance à de jeunes étoiles. Celles-ci sont dans un premier temps emmitouflées dans les restes de gaz et de poussière et formeront ce qui est appelé un disque protoplanétaire.

Illustration d’une jeune étoile entourée par un disque protoplanétaire dans lequel des planètes sont en train de se former à l’image de ce qui se passe déjà autour de la très jeune étoile HL-Tauri, à 450 années-lumière de notre Système solaire. Des anneaux concentriques de gaz avec des vides (ou lacunes) indiquant la formation de planètes sont ici visibles comme sur l’image obtenue par Alma. Prédites par les simulations numériques, ces structures ont été observées directement pour la première fois par le vaste réseau d’antennes de l’Eso. © Eso, L. Calçada

Du fait des nombreuses collisions, les particules de poussière vont s'agglomérer, pour atteindre au fur et à mesure la taille de grains de sable et de cailloux. En fin de compte, astéroïdes, comètes et même des planètes peuvent s'y former. Les jeunes planètes vont le perturber et créer des anneaux, des interstices et des trous comme ceux que l'on voit dans les structures que vient d'observer Alma. Signalons qu'en lumière visible, HL-Tauri est cachée derrière son enveloppe massive de poussière et de gaz. Alma qui observe dans de plus grandes longueurs d'onde a permis de distinguer les processus directement au cœur de ce nuage.

L'étude de ces disques protoplanétaires est essentielle pour notre compréhension du processus de formation de la Terre dans le Système solaire. L'observation des premiers stades de la formation planétaire autour de HL-Tauri devrait nous montrer comment notre propre système planétaire devait être il y a environ 4,5 milliards d'années, au moment de sa formation.

« La plupart de nos connaissance actuelles sur la formation planétaire sont basées sur la théorie. Des images avec ce niveau de détails n'étaient possibles jusqu'à présent que par des simulations numériques ou des vues d'artistes. Cette image de haute résolution de l'étoile HL-Tauri révèle ce qu'Alma est capable de réaliser quand il opère dans sa plus grande configuration et ouvre la voie à une nouvelle ère pour notre exploration de la formation des étoiles et des planètes » déclare Tim de Zeeuw, directeur général de l'Eso.