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Un nouvel anneau de comètes pour le système triple de Fomalhaut

ActualitéClassé sous :Astronomie , exoplanètes , comète

Fomalhaut est un système triple d'étoiles que l'on croyait binaire jusqu'à cette année encore. L'une de ces étoiles, Fomalhaut A, est devenue célèbre car elle possède une exoplanète que l'on a réussi à voir directement grâce à Hubble en 2008. Elle possède aussi un anneau de comètes. La découverte de Fomalhaut C — également entourée par un anneau cométaire — laisse penser que les deux phénomènes sont liés. Les deux étoiles se seraient frôlées par le passé, ce qui aurait perturbé les orbites de leurs corps célestes.

Vue d'artiste du système Fomalhaut. Le nouvel anneau de comètes autour de Fomalhaut C est montré à gauche. L'autre anneau autour de Fomalhaut A est montré au loin à droite. L'anneau autour de Fomalhaut A est décentré : c'est la signature que les orbites dans l'anneau sont elliptiques. Selon le scénario des astronomes, la cause pourrait être l'interaction gravitationnelle avec Fomalhaut A. © CNRS, Amanda Smith

Les découvertes que l'on est en train de faire à partir des données enregistrées par les télescopes Herschel et Kepler auraient sans doute beaucoup plu à l'un des plus brillants mathématiciens de tous les temps, l'Italien Joseph Louis Lagrange (en italien Giuseppe Lodovico de Lagrangia). Également astronome, l'homme dont l'institut Henri Poincaré a fêté cette année le bicentenaire de la mort se serait sans doute passionné pour le décryptage des interactions gravitationnelles entre les exoplanètes, les disques de débris et les étoiles de ce que l'on sait maintenant être un système triple Fomalhaut.

Simulation d'une orbite possible pour Fomalhaut A b dérivée de l'analyse des données du télescope spatial Hubble entre 2004 et 2012. Il y a deux planètes dans le système et une ceinture composée de milliers de comètes et d'astéroïdes. Fomalhaut A b est sur l'orbite elliptique à l'extrême droite dans le cadre de gauche. Une autre planète hypothétique, Fomalhaut A c, a une orbite plus circulaire emboîtée dans la limite de la bande. Le cadre de droite montre ce que verrait un observateur à la surface de Fomalhaut A b. © Paul Kalas, YouTube

Il y a peu, on ne connaissait que Fomalhaut A et Fomalhaut B, deux étoiles âgées d'environ 440 millions d'années et formant un système binaire. Fomalhaut A est particulièrement célèbre car cet astre situé à 25 années-lumière du Soleil dans la constellation du Poisson austral est non seulement l'un des plus brillants du ciel, mais il fait aussi partie des trois soleils autour desquels on a imagé directement une exoplanète, Fomalhaut A b. Tout dernièrement, en octobre 2013, une équipe d'astronomes a publié sur arxiv un article révélant que l'on était en réalité en présence d'un système triple. Ils ont ainsi annoncé la découverte de Fomalhaut C, aussi appelée LP 876-10. C'est une naine rouge, et non une étoile bleutée de type A ou K, comme les autres membres de Fomalhaut.

Fomalhaut, un système triple d'étoiles

Voilà maintenant qu'une autre équipe internationale d'astronomes vient de faire savoir qu'en consultant les archives du télescope spatial Herschel, ils ont découvert l'existence d'un anneau de comètes autour de Fomalhaut C. On connaissait déjà l'existence d'une structure semblable autour de Fomalhaut A, mais curieusement aucune ne semble exister autour de Fomalhaut B. Ce qui intriguait aussi les astrophysiciens, c'est que les orbites des comètes et de l'exoplanète autour de Fomalhaut A sont des ellipses particulièrement excentriques. Ce n'est pas le cas des planètes du Système solaire, dont les orbites, bien qu'elliptiques comme Kepler l'a découvert, sont tout de même assez proche de cercles. Or, de nouveau, l'anneau découvert autour de Fomalhaut C contient beaucoup de comètes avec des orbites fortement elliptiques.

Vue du système stellaire triple Fomalhaut de la Terre. Le petit encart montre un zoom du nouvel anneau autour de Fomalhaut C tel qu'il vient d'être découvert par Herschel aux longueurs d'onde de l’infrarouge. Le grand encart est l'anneau bien plus grand décelé autour de Fomalhaut A à l'aide d'images aux longueurs d'onde optiques du Hubble Space Telescope. Le pouvoir séparateur dans l'infrarouge étant moins fin que dans l'optique, la taille de l'anneau autour de Fomalhaut C n'est pas encore bien connue. © CNRS, Grant Kennedy (Cambridge), Paul Kalas (UC Berkeley)

Les chercheurs pensent qu'ils détiennent peut-être là une des clés d'un mystère concernant le Système solaire. Beaucoup des plus de 1.000 exoplanètes découvertes à ce jour suivent en effet des orbites relativement elliptiques. On n'en comprenait pas bien la raison en se basant sur des modèles de formation planétaire issus de l'étude de notre propre Système solaire, qui apparaissait donc un peu atypique de ce point de vue. On avait remarqué aussi que beaucoup d'exo-Jupiter  (des exoplanètes gazeuses) orbitent autour d'étoiles dépourvues d'anneau de comètes. Réciproquement, les étoiles avec anneaux de comètes ne semblent pas avoir d'exo-Jupiter.

Les exocomètes, une clé de l'histoire des systèmes planétaires

Une explication possible de tous ces phénomènes fait intervenir des rencontres rapprochées entre deux étoiles. Les perturbations gravitationnelles qu'elles engendrent sur leurs exoplanètes et leurs comètes, que l'on peut étudier précisément avec les travaux en mécanique céleste de Lagrange, Laplace et Gauss, vont précisément déformer des orbites pour les rendre particulièrement excentriques. Des collisions bien plus fréquentes entre les comètes et les astéroïdes dans le disque de débris laissé par la formation des systèmes planétaires vont libérer beaucoup de poussières glacées alimentant un anneau cométaire qui sera bien visible.

Selon cette hypothèse, Fomalhaut A et Fomalhaut C, qui forment donc un système triple avec Fomalhaut B, se seraient frôlées dans le passé. Pour vraiment le savoir, il faut attendre de déterminer avec plus de précision les éléments des orbites de ces étoiles. Une fois que cela sera fait, on pourra faire des simulations numériques. Elles permettront de remonter quelques millions d'années en arrière et d'estimer l'occurrence, mais aussi l'ampleur des perturbations gravitationnelles s'étant produites lors d'un rapprochement de Fomalhaut A et Fomalhaut C. Si tel est le cas, on pourra en déduire que la formation des anneaux cométaires est un phénomène transitoire lié à la rencontre entre deux étoiles.

Le système triple de Fomalhaut, étant donné sa proximité, est un excellent laboratoire pour tester des modèles de formations des planètes et des systèmes de petits corps célestes autour des étoiles.

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