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De mystérieuses ondulations découvertes près de l'étoile AU Microscopii

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En analysant des images acquises avec le VLT et Hubble, des astronomes ont pu étudier un disque de poussière situé autour d'une étoile proche appelée AU Microscopii. Ils y ont découvert des structures jusqu'alors inconnues. Semblables à des ondes animées d'un mouvement rapide, elles ne ressemblent en rien à ce qui a pu être observé ou envisagé jusqu'à présent. L'origine et la nature de ces structures offrent aux chercheurs un tout nouveau champ d'investigation.

La très jeune étoile AU Microscopii, située à 32 années-lumière, est entourée d'un disque de poussière qui pourrait nous en apprendre davantage sur la formation des planètes. © Eso

AU Microscopii (AU Mic) est une étoile jeune, située à 32 années-lumière de notre Système solaire. Elle est entourée d'un disque de poussière étendu constitué d'astéroïdes réduits en miettes par de violentes collisions. L'étude de semblables disques de débris est susceptible de compléter notre connaissance des processus de formation planétaire à partir de telles structures.

Les astronomes ont recherché le moindre signe de structure déformée ou grumeleuse - témoignant de la possible existence de planètes - dans le disque de AU Mic. À cette fin, ils ont utilisé, en 2014, l'instrument Sphere, nouvellement installé sur le VLT (Very Large Telescope), au Chili. Aidés de ce puissant dispositif capable de discerner le moindre détail contrasté, ils ont alors fait une étrange découverte.

« Nos observations ont révélé quelque chose d'inattendu », rapporte Anthony Boccaletti, chercheur au Lesia (Observatoire de Paris, CNRS, UPMC, Paris-Diderot) et premier auteur de l'article publié dans l'édition du 8 octobre 2015 de la revue Nature« Les images acquises par Sphere laissent apparaître un ensemble de structures inexpliquées au sein du disque. Elles arborent une forme arquée, ou ondulée, bien différente de ce qui a déjà été observé par le passé. »

Les ondulations dans le disque de poussière qui entoure l’étoile AU Microscopii sont visibles dans cette animation en accéléré créée à partir des images acquises par Hubble et le VLT avec Sphere. © Eso, Nasa, Esa

Des ondulations très rapides

Sur les nouvelles images figurent, telles des vagues à la surface de l'eau, cinq arches formant globalement une structure ondulante à différentes distances de l'étoile. Après les avoir repérées au moyen des données de Sphere, l'équipe a consulté d'anciennes images du disque acquises en 2010 et 2011 par le spectrographe imageur STIS d'Hubble. Il est ainsi apparu, non seulement que ces structures figuraient sur les images du télescope spatial, mais également qu'elles avaient changé au fil du temps. En fait, ces ondulations se déplacent à une vitesse très élevée ! Mais observer le disque par la tranche complique l'interprétation de sa structure tridimensionnelle.

« Après avoir effectué un nouveau traitement des images issues des données d'Hubble, nous sommes parvenus à reconstituer les mouvements de ces étranges structures sur une période de quatre ans, précise Christian Thalmann (ETH Zurich, Suisse). Nous avons ainsi pu constater que les arches s'éloignaient de l'étoile à des vitesses pouvant atteindre les 40.000 km/h ! »

Les structures les plus éloignées de l'étoile semblent se mouvoir à vitesse plus élevée que les plus proches. Trois des structures au moins se déplacent si rapidement qu'elles pourraient bien échapper à l'attraction gravitationnelle de l'étoile. L'existence de vitesses si élevées exclut l'hypothèse selon laquelle ces structures résulteraient de perturbations causées sur le disque par des objets - telles des planètes - en orbite autour de l'étoile. Un élément inconnu, et véritablement inhabituel, doit être à l'origine de l'accélération de ces ondulations et de leur vitesse si élevée.

En haut, figure une image du disque de la très jeune étoile AU Microscopii acquise par Hubble en 2010. Au centre, une autre image prise cette fois en 2011 par le télescope spatial. En bas, les données de l'instrument Sphere, du VLT, recueillies en 2014. Le rond noir central indique la région où l'intensité de l’étoile a été atténuée afin de visualiser le disque de poussière, nettement moins lumineux. © Eso, Nasa, Esa

À la recherche d’explications du phénomène

« Cette découverte a apporté son lot de surprises, ajoute Carol Grady du Groupement scientifique Euréka. Et, parce que rien de tel n'a été observé ou prédit par la théorie par le passé, nous ne pouvons que spéculer sur l'occurrence et l'origine du phénomène observé ».

L'équipe ne peut affirmer avec certitude la cause de ces mystérieuses ondulations autour de l'étoile. Elle a toutefois envisagé et écarté un ensemble de phénomènes possibles tels que la collision de deux objets massifs et rares semblables à des astéroïdes libérant d'importantes quantités de poussière, ou bien encore des ondes spirales générées par des instabilités gravitationnelles à l'intérieur du système.

« Il est possible que l'étrange structure présente un lien avec les flambées de l'étoile. AU Mic est une étoile très active, d'importants et brusques sursauts d'énergie se produisent à sa surface ou à proximité directe, explique Glenn Schneider, de l'observatoire Steward, en Arizona, par ailleurs coauteur de l'étude. L'un de ces sursauts a pu déclencher quelque chose sur l'une des planètes - si planètes il y a -, à titre d'exemple, une violente expulsion de matière qui se propagerait à présent au travers du disque, propulsé par l'intensité de l'éruption ».

« Sphere n'est que dans sa première année de fonctionnement et il est déjà capable d'étudier un tel disque. On ne peut donc que se réjouir de ce résultat des plus prometteurs qui confirme les grandes capacités de l'instrument », conclut Jean-Luc Beuzit, coauteur de ces recherches et coconcepteur de l'instrument.

L'équipe ambitionne de continuer à observer le système AU Mic au moyen de Sphere et d'autres instruments parmi lesquels Alma, afin de comprendre les processus à l'œuvre. Pour l'instant, ces étranges structures demeurent un véritable mystère.

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