Des astronomes capturent des images rares de disques formant des planètes autour des étoiles

Une équipe internationale d’astronomes dont des chercheurs de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (OSUG - CNRS, UGA), a capturé quinze images des bords intérieurs de disques formant des planètes situés à des centaines d’années-lumière. Ces disques de poussières et de gaz, de forme similaire à un disque vinyle, se forment autour de jeunes étoiles. Les images apportent un éclairage nouveau sur la formation des systèmes planétaires. Les résultats ont été publiés le 30 avril dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Pour comprendre comment les systèmes planétaires, y compris le nôtre, prennent forme, vous devez étudier leurs origines. Les disques planétaires ou protoplanétaires se forment à l’unisson avec l’étoile qu’ils entourent. Les grains de poussière dans les disques peuvent se transformer en corps plus gros, ce qui conduit finalement à la formation de planètes. Les planètes rocheuses comme la Terre se formeraient dans les régions internes des disques protoplanétaires, à moins de cinq unités astronomiques (cinq fois la distance Terre-Soleil) de l’étoile autour de laquelle le disque s’est formé.

Avant cette nouvelle étude, plusieurs photos de ces disques avaient été prises avec les plus grands télescopes à miroir unique, mais ceux-ci ne peuvent pas capturer leurs moindres détails. « Sur ces images, les régions proches de l’étoile, où se forment les planètes rocheuses, ne sont couvertes que par peu de pixels », explique Jacques Kluska, auteur principal de la KU Leuven en Belgique. « Nous avions besoin de visualiser ces détails pour pouvoir identifier les modèles qui pourraient trahir la formation des planètes et caractériser les propriétés des disques. » Cela a nécessité une technique d’observation complètement différente. « Je suis ravi que nous ayons maintenant pour la première fois quinze de ces images », a poursuivi Kluska.

Reconstruction d’image

Kluska et ses collègues ont créé les images à l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili en utilisant une technique appelée interférométrie infrarouge. À l’aide de l’instrument PIONIER de l’ESO, ils ont combiné la lumière collectée par quatre télescopes du Very Large Telescope pour capturer les disques en détail. Cependant, cette technique ne fournit pas une image de la source observée. Les détails des disques devaient être récupérés avec une technique de reconstruction mathématique. Cette technique est similaire à la façon dont la première image d’un trou noir a été capturée. « Nous avons dû retirer la lumière de l’étoile, car cela entravait le niveau de détail que nous pouvions voir sur les disques », explique Kluska.

« Distinguer les détails à l’échelle des orbites des planètes rocheuses comme la Terre ou Jupiter (comme vous pouvez le voir sur les images) - une fraction de la distance Terre-Soleil - équivaut à pouvoir voir un humain sur la Lune, ou pour distinguer un cheveu à une distance de 10 km », note Jean-Philippe Berger, qui en tant que chercheur principal était en charge des travaux avec l’instrument PIONIER. « L’interférométrie infrarouge est couramment utilisée pour découvrir les moindres détails des objets astronomiques. La combinaison de cette technique avec des mathématiques avancées nous permet enfin de transformer les résultats de ces observations en images. »

Irrégularités

Certaines constatations ressortent immédiatement des images. «  Vous pouvez voir que certaines tâches sont plus lumineuses ou moins lumineuses, comme dans les images ci-dessus : cela fait allusion aux processus qui peuvent conduire à la formation de la planète. Par exemple : il pourrait y avoir des instabilités dans le disque qui peuvent conduire à des tourbillons où le disque accumule des grains de poussière spatiale qui peuvent se développer et évoluer vers une planète. »

L’équipe effectuera des recherches supplémentaires pour identifier ce qui pourrait être à l’origine de ces irrégularités. Kluska effectuera également de nouvelles observations pour obtenir encore plus de détails et assister directement à la formation de planètes dans les régions des disques proches de l’étoile. De plus, Kluska dirige une équipe qui a commencé à étudier 11 disques autour d’autres types d’étoiles plus anciennes, également entourés de disques de poussière, car on pense que ceux-ci pourraient également faire germer des planètes.

Référence

A family portrait of disk inner rims around Herbig Ae/Be stars : Hunting for warps, rings, self-shadowing and misalignments in the inner astronomical units, Jacques Kluska, Jean-Philippe Berger et al., les images ont été publiées dans Astronomy & Astrophysics et sont disponibles sur demande.

Article initialement publié par l’UGA.

Publié le 30 avril 2020