Une vue d'artiste d'un système planétaire en formation autour d'une jeune étoile âgée de moins de 10 millions d'années. Les deux étoiles dans le système binaire IRS 43 sont en réalité des protoétoiles, c'est-à-dire qu'elles sont encore en formation et que les réactions thermonucléaires n'ont pas débuté dans leur cœur. © Nasa

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Spectaculaire : une étoile binaire avec trois disques protoplanétaires

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IRS 43 est une toute jeune étoile binaire encore en formation autour de laquelle on a détecté trois disques protoplanétaires avec Alma. Ces disques sont étonnants car bien que circumstellaires et circumbinaires, ils ne sont pas parallèles entre eux comme on pouvait s'y attendre. C'est la première fois que l'on observe un tel phénomène.

« Il y a plus de choses dans le ciel et sur la terre, Horatio, que n'en rêve votre philosophie. » On pense tout de suite à cette phrase mise dans la bouche d'Hamlet par William Shakespeare en 1601 lorsque l'on prend connaissance de la publication sur arXiv d'un groupe d'astrophysiciens. Les chercheurs y expliquent avoir utilisé le radiotélescope Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pour étudier de plus près une jeune étoile binaire cataloguée sous la dénomination de IRS 43, ce qui indique qu'elle a été observée dans l'infrarouge par le célèbre télescope IRAS. Cette étoile est située à environ 400 années-lumière du Soleil, dans la région de formation stellaire bien connue Rho Ophiuchi. Elle n'est âgée que de quelques centaines de milliers d'années environ.

Jusque là, rien d'étonnant. Mais selon les observations faites avec Alma, on n'observe rien de moins que trois disques protoplanétaires avec cette étoile double, deux circumstellaires, donc autour de chaque étoile individuelle, et un circumbinaire, c'est-à-dire autour de l'étoile binaire. Et ce qui n'avait jamais été vu jusqu'à présent, c'est que tous ces disques ne sont clairement pas parallèles.

Ce schéma montre deux petits disques protoplanétaires autour de deux jeunes étoiles, donc circumstellaires, et un grand disque circumbinaire. Les deux étoiles formant le système binaire se déplacent dans un plan orbital indiqué par les flèches et la courbe en tirets. La matière dans les disques est en rotation de sorte que la lumière est décalée vers le rouge si elle s'éloigne d'un observateur et vers le bleu dans le cas contraire. Ceci explique le choix des couleurs pour les disques. © Christian Brinch, NBI, KU

Des disques protoplanétaires circumstellaires et circumbinaires

Cela fait environ 25 ans que les astronomes explorent le monde des exoplanètes et ils sont allés de surprises en surprises. Beaucoup des systèmes planétaires découverts ne ressemblent pas à notre Système solaire, au grand plaisir des fans de science-fiction d'ailleurs. On a ainsi commencé à découvrir, notamment avec Spitzer, qu'il existait des planètes avec des doubles couchers de soleil, comme sur la Tatooine de Star Wars. Cela n'avait rien d'évident pour les mécaniciens célestes qui voyaient mal comment des planètes pouvaient se former et rester sur des orbites relativement stables autour d'une étoile faisant partie d'un système binaire avec deux soleils proches.

Pourtant, on a fini pas découvrir récemment des disques protoplanétaires circumstellaires autour des membres d'étoiles binaires et même des disques circumbinaires supplémentaires. Jusqu'ici, ils étaient dans des plans presque parallèles (plans orbitaux des étoiles comme des disques), comme on pouvait s'y attendre avec la théorie de la formation des étoiles et des planètes. Mais dans le cas de IRS 43, non seulement les disques circumstellaires ne sont pas dans cette configuration mais ils ne sont pas parallèles non plus avec le plan du disque circumbinaire. C'est une première et si des planètes sont en formation dans ces disques, elles auront donc des plans orbitaux non parallèles entre elles et avec celui des étoiles de la binaire.

Le schéma précédent a été déduit des observations faites dans le domaine des micro-ondes par le radiotélescope Alma. Elles sont représentées ici avec le même code de couleur pour les molécules présentes dans les disques (disk) dont les orientations sont représentées par des segments de droite avec tirets. En bas à gauche, notre Système solaire donne l'échelle. © Christian Brinch, NBI, KU

La turbulence et la naissance des exoplanètes

On connaît jusqu'à présent une centaine d'exoplanètes en orbite circumstellaire et une dizaine en orbite circumbinaire, à chaque fois dans des plans presque parallèles à ceux des étoiles binaires.  IRS 43 peut sembler une anomalie mais en fait nous n'en savons rien car il doit y avoir un biais observationnel. Les planètes dans des plans orbitaux quasi-parallèles aux plans orbitaux d'une étoile binaire sont plus facilement détectables car la probabilité d'observer un transit avec des télescopes spatiaux comme Kepler est bien plus importante dans ce type de configuration.

Reste à vraiment comprendre comment les disques autour de IRS 43 sont apparus. On sait déjà que les étoiles doubles sont majoritaires dans la Voie lactée où elles naissent par fragmentation et effondrement d'un nuage moléculaire qui donne d'ailleurs simultanément un grand nombre d'étoiles sous la forme d'un amas ouvert. Le mélange de gaz et de poussières peut devenir turbulent lors de ce processus et c'est peut-être là que prennent naissance des mécanismes expliquant la formation des disques de IRS 43, selon les astrophysiciens. Mais si tel est bien le cas, il faudra sans doute avoir recours à des simulations numériques avec des superordinateurs pour y voir clair, car l'analyse de la turbulence des fluides à l'aide de l'équation de Navier-Stokes est notoirement très difficile dans la majorité des cas.

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