Un disque protoplanétaire, les signes de la présence de planètes en formation à proximité de l’étoile et les indices d’un milieu riche en fer

Nous savons que le Système Solaire s’est formé il y a 4,5 milliards d’années à partir d’un disque de gaz et de poussière qui entourait le Soleil.

Pour retracer l’histoire de la formation des planètes, les astronomes plongent dans le passé en observant des disques similaires autour d’étoiles naissantes (disques protoplanétaires). C’est ce qu’a réalisé une équipe internationale d’astronomes en observant une étoile environ mille fois plus jeune que le Soleil), HD 144432, située à une distance de 500 années-lumière. Les chercheurs ont utilisé les instruments MATISSE, GRAVITY et PIONIER du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l’Observatoire Paranal de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili.

En étudiant la répartition de la poussière dans les régions les plus internes de HD144432 où peuvent se former des planètes rocheuses, ils ont détecté pour la première fois une structure complexe dans laquelle la poussière est concentrée en trois anneaux. Rapporté au système solaire, le premier anneau de HD 144432 se trouve au niveau de l’orbite de Mercure, le deuxième au niveau de celle de Mars et le troisième est proche de l’orbite de Jupiter.

Pourquoi ces anneaux sont-ils si intéressants ? Dans la plupart des cas, les planètes extrasolaires (orbitant autour d’étoiles autres que le Soleil) sont trop petites et trop faibles pour être détectées directement. Cependant, des planètes suffisamment massives, déjà présentes dans le disque protoplanétaire, créent des sillons le long de leurs orbites. Ainsi, la structure annelée du disque HD 144432 laisse entrevoir la présence potentielle de planètes.

De plus, les astronomes ont étudié la composition de la poussière dans le disque et y ont trouvé les éléments les plus abondants constituant le noyau et le manteau de la Terre : le magnésium, le silicium, l’oxygène et des indications d’une présence abondante de fer. L’analyse et les modèles réalisés favorisent la présence du fer par rapport au carbone. Ces résultats suggèrent que la composition chimique de la Terre et des autres planètes du système solaire n’est pas exceptionnelle mais pourrait être assez courante dans notre Galaxie.

Ces travaux tirent grandement profit de la combinaison d’observations complémentaires à haute résolution angulaire dans différents domaines de longueurs d’onde avec PIONIER et GRAVITY (proche-infrarouge) et MATISSE (infrarouge moyen). Cette recherche a été menée par le Dr József Varga de l’Observatoire de Konkoly (Hongrie) et Dr. Michiel Hogerheijde de l’Observatoire de Leiden (Pays-Bas) en étroite collaboration avec des chercheurs d’instituts français, allemands, néerlandais et hongrois. Les laboratoires et instituts français impliqués sont le laboratoire Lagrange de l’Observatoire de la Côte d’Azur, l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de l’Université de Grenoble et le laboratoire astrophysique AIM du CEA de Saclay, membres des consortia européens VLTI/MATISSE et VLTI/GRAVITY.

Le VLTI combine la lumière de quatre télescopes pour obtenir un télescope virtuel d’un diamètre effectif d’environ 130 m, qui permet de résoudre angulairement des détails à l’échelle de quelques millisecondes d’arc (soit un millionième de la taille apparente de la Lune). A titre d’exemple, avec la résolution du VLTI, il serait possible de compter les tâches d’une coccinelle à 40 km (25 miles) de distance.

Référence

J. Varga, L.B.F.M. Waters, M. Hogerheijde & al. Mid-infrared evidence for iron-rich dust in the multi-ringed inner disk of HD 144432 Astronomy & Astrophysics, 2024 January 8th DOI 10.1051/0004-6361/202347535