Une vue d'artiste des exocomètes en orbite autour de la jeune étoile Beta Pictoris. Environ 500 d'entre elles ont été étudiées grâce à l’instrument Harps, au foyer d’un télescope de l’observatoire de La Silla. © Michaela Pink

Sciences

Trois exocomètes découvertes autour de la jeune étoile Beta Pictoris

ActualitéClassé sous :comète , ESO , exoplanètes

Depuis une trentaine d'années, les indications et les mesures se sont multipliées concernant l'existence d'un grand nombre d'exocomètes dans le disque de débris de la toute jeune étoile Beta Pictoris. Ces exocomètes deviennent de plus en plus perceptibles en utilisant la méthode des transits et c'est le télescope Tess qui vient de réaliser cette grande première avec cette étoile.

Cela fait presque 35 ans que l'étoile Beta Pictoris (β Pic) fait parler d'elle dans le domaine de la cosmogonie des systèmes planétaires. En effet, au milieu des années 1980, les astronomes ont tourné le tout juste disponible regard infrarouge du satellite Iras (Infrared Astronomical Satellite) vers cette très jeune étoile blanche, située à une distance d'environ 63 années-lumière du Système solaire dans la constellation australe du Peintre.

Iras a révélé, qu'autour de ce soleil présent sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel depuis environ 23 millions d'années, existait un disque de débris fortement appauvri en gaz mais toujours riche en poussières pour permettre encore aujourd'hui la formation d'exoplanètes, comme le démontrent des mesures faites en ce début de XXIsiècle. Ce disque de débris contient des poussières résultant des collisions en cours entre les embryons planétaires ou les astéroïdes. ll nous donne donc une vue de ce à quoi devait ressembler notre Système solaire il y a plus de 4,5 milliards d'années.

Avec sa proximité, il constitue donc une extraordinaire fenêtre pour comprendre la formation des planètes et dès 1999, les astrophysiciens français, Alain Lecavelier des Étangs, Alfred Vidal-Madjar et Roger Ferlet, avaient prédit qu'on détecterait des comètes, des exocomètes donc, en orbite autour de Beta Pictoris. C'est effectivement ce qu'il s'est produit. Des centaines ont même été découvertes en utilisant le fameux spectrographe Harps, alimenté par fibres depuis le foyer Cassegrain du télescope de 3,6 mètres de l'ESO, à l'observatoire de La Silla au Chili. L'instrument est en effet célèbre pour sa détection d'exoplanètes par la méthode des vitesses radiales.

Une vue d'artiste des exocomètes autour de Beta Pictoris. © European Southern Observatory (ESO)

Des exocomètes trahies par leurs transits

Aujourd'hui, l'existence d'exocomètes autour de Beta Pictoris est confirmée par une autre méthode de détection des exoplanètes, celle des transits. C'est le successeur du satellite Kepler, à savoir le Transiting Exoplanet Survey Satellite (en français, Satellite de recensement des exoplanètes en transit) qui a été utilisé pour cette découverte. Il est plus connu par son acronyme TESS et a été lancé le 18 avril 2018 par la Nasa.

C'est une équipe internationale d'astronomes des universités d'Innsbruck, de Warwick et de Leiden qui vient de le faire savoir d'abord via un article en accès libre sur arXiv et par un communiqué de presse de l'Université d'Innsbruck, le premier annonçant la découverte d'une exocomète, et le second expliquant que ce sont finalement trois de ces astres qui ont été identifiés par la méthode des transits et donc par des baisses de la luminosité dans la courbe de lumière de Beta Pictoris.

Tess possède des instruments plus performants que Kepler. Or, on vient d'apprendre que des analyses des données archivées de Kepler avaient permis la mise en évidence d'exocomètes, toujours par la méthode des transits, dans trois autres systèmes planétaires. Tess ne devrait avoir fait jusqu'ici qu'inspecter la pointe émergée d'un iceberg que la sonde devrait révéler plus en détail dans les années à venir.

On s'attend à ce que le nombre d'exocomètes soit d'autant plus bas qu'une étoile est âgée et il serait intéressant d'étudier comment cette baisse s'effectue dans le temps car cela nous permettrait d'avoir des clés pour mieux comprendre l'évolution des jeunes systèmes planétaires et donc, in fine, pour mieux appréhender ce qui s'est passé pour le jeune Système solaire.

Dans un futur proche, il devrait même être possible de poser des contraintes sur la composition des exocomètes, selon les chercheurs.

  • Les lois de la physique suggèrent, et les observations le confirment, que la formation des planètes doit comporter des processus et des étapes qui sont universelles dans les grandes lignes.
  • Nous ne les comprenons pas encore aussi bien que nous le souhaiterions et c'est pour cette raison que les jeunes étoiles avec des planètes en cours de formation sont étudiées. 
  • On constate que ces étoiles sont entourées non seulement de jeunes exoplanètes mais aussi de jeunes exocomètes.
  • C'est le cas autour de Beta Pictoris qui sert donc de laboratoire pour comprendre la formation du Système solaire.
Pour en savoir plus

Deux types d'exocomètes autour de la jeune étoile Beta Pictoris

Article de l'ESO publié le 26/10/2014

L'instrument Harps, qui équipe l'observatoire de La Silla au Chili, a permis d'effectuer le recensement le plus complet à ce jour de comètes en orbite autour de la jeune étoile Beta Pictoris. Une équipe française d'astronomes, en étudiant finement un demi-millier d'entre elles, a pu découvrir qu'elles appartiennent à deux familles distinctes.

Située à environ 63 années-lumière du Soleil,Beta Pictoris est une étoile âgée de seulement une vingtaine de millions d'années, entourée d'un vaste disque de matière. Il s'agit là d'un jeune système planétaire très actif, dont le gaz et la poussière proviennent de l'évaporation de comètes et de collisions entre astéroïdes.

Flavier Kiefer (IAP, CNRS, UPMC), auteur principal de cette nouvelle étude parue dans le numéro du 23 octobre de Nature, plante le décor : « Beta Pictoris constitue une cible de choix ! Les observations détaillées de ses exocomètes nous apportent des clés de compréhension des processus à l'œuvre dans ce type de jeune système planétaire »

Durant près de 30 ans, les astronomes ont observé de subtiles variations d'intensité dans l'éclat de Beta Pictoris, qu'ils ont attribuées au passage de comètes devant l'étoile. Les comètes sont de petits corps de quelques kilomètres de diamètre, riches en glaces, qui s'évaporent à proximité de leur étoile, créant ainsi de gigantesques queues de gaz et de poussière susceptibles d'absorber en partie la lumière qui les traverse.

Portrait composite de Beta Pictoris, distante de seulement 63 années-lumière, dans le proche infrarouge. La jeune étoile est masquée pour permettre aux astronomes de mieux distinguer son environnement, animé de collisions frénétiques de comètes que l’on peut aujourd’hui départager en deux familles distinctes. © Eso, A.-M. Lagrange et al.

Près de 500 exocomètes et deux familles

Pour mener à bien l'étude des exocomètes de Beta Pictoris, l'équipe a analysé plus de mille observations effectuées entre 2003 et 2011 au moyen de l'instrument Harps qui équipe le télescope de 3,6 m de l'Eso, installé à l'Observatoire de La Silla au Chili.

Les chercheurs ont sélectionné un échantillon de 493 exocomètes distinctes. Certaines d'entre elles ont été observées à plusieurs reprises et durant quelques heures. Une analyse minutieuse a permis de déterminer la vitesse ainsi que la taille des nuages de gaz. Certaines des propriétés orbitales de chacune des exocomètes, comme la forme, la trajectoire et la distance à l'étoile, ont également pu être déduites.

Une telle analyse portant sur plusieurs centaines d'exocomètes appartenant à un même système exoplanétaire est unique. Elle a révélé l'existence de deux familles : d'une part, les exocomètes âgées dont les orbites sont contrôlées par l'attraction gravitationnelle d'une planète massive et, d'autre part, des exocomètes probablement issues du récent fractionnement d'un ou plusieurs objets de taille supérieure. Une distinction comparable à ce qui est observé au sein de notre Système solaire.

Les exocomètes de la première famille sont caractérisées par une grande diversité d'orbites ainsi que de faibles émissions de gaz et de poussières. Ce qui suggère qu'elles ont épuisé leurs réserves de glaces au fil de leurs multiples passages à proximité de l'étoile-parent Beta Pictoris.

Les exocomètes classées au sein de la seconde famille sont bien plus actives et décrivent des orbites similaires. Ce qui suggère leur origine commune : probablement le fractionnement d'un objet de dimensions plus vastes dont les débris orbitent désormais à proximité de l'étoile.

Flavien Kiefer conclut : « pour la toute première fois, une étude statistique a permis de déterminer la forme et l'orbite d'un grand nombre d'exocomètes. Ce travail offre un formidable aperçu des mécanismes à l'œuvre dans le Système solaire, peu après sa formation il y a 4,6 milliards d'années ».

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