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Anatomie d'un disque protoplanétaire

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Des astrophysiciens du Laboratoire d'astrophysique des interactions multi-échelles (unité mixte CEA/CNRS/Université Paris 7) sont parvenus à cartographier le disque de gaz et de poussières d'une étoile plus massive que le Soleil. La géométrie spécifique de ce disque, observée grâce à la caméra infrarouge Visir livrée par le CEA/Dapnia1 à l'ESO2 en 2004, permet de penser qu'il contient suffisamment de gaz et de poussières pour donner naissance à de nouvelles exo-planètes3. Ces images offrent la possibilité aux chercheurs d'observer directement les conditions dans lesquelles de nouvelles planètes sont susceptibles de naître ou de se développer. Cette découverte fait l'objet d'une publication dans Science Express4 le 28 septembre 2006.

A gauche: Image en fausses couleurs (variant du bleu au jaune en fonction de l'intensité) de l'émission infrarouge à la longueur d'onde de 8.6 micromètres de la matière entourant l'étoile HD 97048 (de type Herbig Ae). Le cliché a été obtenu par la spectro

Cela fait maintenant une dizaine d'années que les astrophysiciens parviennent à détecter d'autres planètes que celles de notre système solaire. Aujourd'hui, plus de 200 exo-planètes ont ainsi pu être localisées. Or, c'est dans le disque de gaz et de poussières qui entoure une étoile lorsque celle-ci est encore jeune que sont susceptibles de se former de nouvelles planètes. Paradoxalement, on connaît encore relativement mal ces disques, surtout autour des étoiles plus massives que le Soleil.

Les astrophysiciens du CEA/Dapnia et de l'Université Paris 7, en collaboration avec le Laboratoire d'astrophysique de Grenoble, l'Institut d'astrophysique d'Orsay et l'Université de Groningen aux Pays-Bas, ont réussi à cartographier le disque qui ceinture l'étoile HD 97048, une étoile jeune (quelques millions d'années, à comparer aux 4.5 milliards d'années du Soleil), 2,5 fois plus massive que le Soleil et 40 fois plus lumineuse. Située à une distance de 600 années lumière dans la constellation du Caméléon (hémisphère sud), l'étoile a pu être observée grâce à la caméra infrarouge Visir qui permet de scruter l'émission infrarouge des objets astronomiques avec une grande acuité. Cet instrument, conçu et réalisé par le CEA/Dapnia et l'institut Astron5 aux Pays-Bas pour l'European Southern Observatory, est installé à demeure au foyer du télescope Melipal, l'un des 4 télescopes de 8 mètres de diamètre que l'ESO a construit sur le mont Paranal au Chili.

Les images de Visir ont révélé un disque étendu d'un rayon d'au moins 370 unités astronomiques6 à un stade primaire d'évolution. Ce disque, de géométrie très particulière, n'est pas plat, mais s'évase régulièrement lorsque l'on s'éloigne de l'étoile, pour atteindre une épaisseur de 360 unités astronomiques. C'est la première fois qu'une telle structure, prédite par certains modèles, est directement mise en évidence autour d'une étoile massive. Dans une telle géométrie, tout point de la surface du disque reçoit la lumière de l'étoile. Cette lumière est absorbée par les poussières à la surface du disque qui maintiennent donc le disque relativement "chaud" loin de l'étoile.

Cette morphologie ne peut s'expliquer que si le disque contient encore une grande quantité de gaz, dont la masse a été estimée à au moins 10 fois la masse de Jupiter. Par ailleurs, une grande quantité de poussières (plus de 50 masses terrestres) a pu être observée. Il s'agit d'un bel exemple de disque protoplanétaire puisqu'il contient suffisamment de matière pour que des planètes puissent se former. Celui-ci va faire l'objet de multiples campagnes d'observations, notamment pour "zoomer" sur les zones les plus internes du disque, plus denses, où des embryons de planètes existent peut-être déjà.

Notes :

1 Département d'astrophysique, de physique des particules, de physique nucléaire et de l'instrumentation associée.
2 European Southern Observatory (l'observatoire européen austral)
3 Les exo-planètes sont des planètes qui gravitent autour d'autres étoiles que le Soleil.
4 Science Express est la version online de la revue Science. L'information sera également publiée dans le prochain numéro de Science.
5 ASTRON : the Netherlands foundation for Research in astronomy
6 Une Unité astronomique (UA) est égale à la distance Soleil-Terre.

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