Les astronomes ont découvert, pour la première fois, des lunes se formant dans le disque de débris autour d'une grande exoplanète. Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que c'est ainsi que de plus grandes planètes - comme Jupiter dans notre propre système solaire - obtiennent leurs lunes. Tout se passe autour d'une très jeune étoile nommée PDS 70, à environ 370 années-lumière de là dans la constellation du Centaure.
"Pour la première fois, nous pouvons voir de manière concluante les signes révélateurs d'un disque circumplanétaire ..."
Andrea Isella, auteur principal, Rice University
La théorie acceptée de la formation des planètes s'appelle l'hypothèse nébulaire. Tout commence par la formation d'une étoile dans un énorme nuage de gaz appelé nuage moléculaire géant (GMC). À mesure que l'étoile se forme, le nuage est façonné en un disque rotatif aplati de gaz et de poussière appelé disque protoplanétaire ou disque circumstellaire. La matière commence à fusionner en amas dans ce disque, et ces amas se transforment en planètes.
Si la masse d'une planète se formant dans le disque dépasse environ 10 masses terrestres, quelque chose d'autre se produit. En raison de sa masse, cette planète ouvre un espace dans le disque protoplanétaire. Lorsque le matériau passe à travers cet espace, il peut se rapprocher suffisamment de la planète pour que la gravité de la planète domine la gravité de l'étoile hôte. Ce matériau est ensuite piégé dans un disque circumplanétaire (CPD) tournant autour de la planète, comme un disque dans un disque.
Une grande partie du matériau contenu dans un disque circumplanétaire s'accumule dans la planète en formation. Mais pas tout. Les mêmes forces qui ont créé des planètes à partir du disque circumstellaire fonctionnent. Ils peuvent créer des lunes à partir du matériau tournant dans le disque autour de la planète.
Maintenant, une équipe d'astronomes a repéré ce disque circumplanétaire et les lunes qui s'y forment pour la première fois.
L'auteur principal de l'étude décrivant ces résultats est Andrea Isella, astronome à la Rice University de Houston, au Texas. Les résultats ont été publiés dans les lettres de l'Astrophysical Journal et sont intitulés «Détection des émissions de submillimètre continu associées aux protoplanètes candidates».
"Les planètes se forment à partir de disques de gaz et de poussière autour des étoiles nouvellement formées, et si une planète est suffisamment grande, elle peut former son propre disque en rassemblant des matériaux sur son orbite autour de l'étoile", a déclaré Isella. "Jupiter et ses lunes sont un petit système planétaire au sein de notre système solaire, par exemple, et on pense que les lunes de Jupiter se sont formées à partir d'un disque circumplanétaire lorsque Jupiter était très jeune."
Tout se passe autour de l'étoile PDS 70. Cette étoile a fait la une des journaux il y a environ un an lorsque les astronomes ont capturé la toute première image d'une planète nouvellement formée dans un disque circumstellaire. Cette planète s'appelle PDS 70b. Cette découverte était une grande nouvelle à l'époque, pour une bonne raison.
PDS 70b n'est pas la seule planète en orbite autour de l'étoile. Il y a une autre planète, PDS 70c, également en orbite, et ce sont deux géants du gaz. Ces deux planètes ont été détectées par le très grand télescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) en optique et infrarouge. La lueur chaude d'hydrogène s'accumulant dans la paire de planètes est ce qui les a trahies.
L'équipe a combiné les observations VLT avec de nouvelles observations radio du réseau Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter (ALMA). Le résultat est une preuve convaincante d'un disque protoplanétaire autour de l'étoile la plus à l'extérieur, PDS 70c.
«Pour la première fois, nous pouvons voir de manière concluante les signes révélateurs d'un disque circumplanétaire, ce qui contribue à soutenir bon nombre des théories actuelles de la formation des planètes», a déclaré Andrea Isella, auteur principal.
"En comparant nos observations aux images infrarouges et optiques à haute résolution, nous pouvons clairement voir qu'une concentration autrement énigmatique de minuscules particules de poussière est en fait un disque de poussière planifiant la planète, la première caractéristique de ce type jamais observée de manière concluante", a-t-il déclaré. Selon les chercheurs, c'est également la première fois qu'une planète est clairement vue dans ces trois bandes de lumière distinctes.
Réponse à une question, à une autre
Les PDS 70b et c affichent des caractéristiques différentes, et l'équipe derrière cette étude n'est pas exactement sûre de ce que tout cela signifie.
"Ce que c'est et ce que cela signifie pour ce système planétaire n'est pas encore connu."
Andrea Isella, auteur principal, Rice University
PDS 70c, l'étoile la plus à l'extérieur de la paire, est aussi loin de son étoile que Neptune est du Soleil. Il se trouve exactement au même endroit qu'un nœud de poussière évident vu dans les données ALMA. Étant donné que cette planète brille si brillamment dans les bandes de lumière infrarouge et hydrogène, les astronomes peuvent affirmer de manière convaincante qu'une planète entièrement formée y est déjà en orbite. Les bandes lumineuses infrarouges et hydrogène montrent que le gaz voisin est toujours accueilli à la surface de la planète, terminant sa poussée de croissance chez les adolescents.
Les astronomes estiment que PDS 70c représente environ 1 à 10 fois la masse de Jupiter. «Si la planète se trouve à l'extrémité la plus large de cette estimation, il est fort possible qu'il puisse y avoir des lunes de la taille d'une planète en formation autour d'elle», a noté Isella.
Mais PDS 70b a autre chose en cours. Ces planètes, qui sont à peu près à la même distance de son étoile qu'Uranus du Soleil, ont une masse de poussière derrière elle comme une queue. Et les astronomes ne savent pas trop comment cela s'intègre.
"Ce que c'est et ce que cela signifie pour ce système planétaire n'est pas encore connu", a déclaré Isella. "La seule chose concluante que nous pouvons dire est qu'elle est suffisamment éloignée de la planète pour être un élément indépendant."
Les astronomes sont à peu près sûrs que le processus qu'ils peuvent voir se dérouler autour de PDS 70c est le même processus qui a fonctionné pour créer les lunes de Jupiter. Il convient toutefois de noter que l’autre géant gazier de notre système solaire est distinct de Jupiter. Les lunes de Saturne ont probablement été créées à la suite d'un disque circumplanétaire, mais ses anneaux glacés ont probablement été créés par des comètes et d'autres corps rocheux qui se sont écrasés.
Ces systèmes exoplanétaires sont notoirement difficiles à observer en lumière optique et infrarouge. L'énergie de l'étoile dans ces parties du spectre noie la lumière des planètes. Mais pas pour ALMA.
ALMA se concentre sur les ondes radio et les étoiles n'émettent que faiblement les ondes radio. L'équipe dit qu'elle peut continuer à observer le système PDS 70 avec ALMA pour regarder son évolution et son évolution.
«Cela signifie que nous pourrons revenir sur ce système à différentes périodes et cartographier plus facilement l'orbite des planètes et la concentration de poussière dans le système», a conclu Isella. «Cela nous donnera un aperçu unique des propriétés orbitales des systèmes solaires à leurs tout premiers stades de développement.»
La découverte de ce disque circumplanétaire et les lunes probables qui s'y forment sont intéressantes en soi, mais la façon dont l'équipe a trouvé le disque est également prometteuse pour l'avenir. Alors que d'autres ont été trouvés, cette étude est la plus convaincante.
"Il y a une poignée de planètes candidates qui ont été détectées dans les disques, mais c'est un domaine très nouveau, et elles sont toutes encore débattues", a déclaré Isella. "(PDS 70 b et PDS 70 c) sont parmi les plus robustes car il y a eu des observations indépendantes avec différents instruments et techniques."
Dans la conclusion de leur article, les auteurs disent: «Nous soutenons que les observations optiques, NIR et (sub) millimétriques sont très complémentaires car elles sondent divers aspects des processus d'accrétion de la planète et sont affectées par différentes erreurs systématiques.» Ils notent également que l'ALMA ne peut pas à elle seule faire le travail. En combinant les différentes observations, ils ont ouvert ces exoplanètes et leurs disques à une étude plus détaillée.
D'après l'étude: «Alors que l'ALMA et les télescopes optiques existants atteignent leurs pleines capacités d'imagerie, les observations à venir de disques circumstellaires proches caractérisés par des cavités et des lacunes comme celles observées dans PDS 70 pourraient révéler plus de planètes nouveau-nés interagissant avec leur disque natal. De telles observations sont fondamentales pour étudier les processus responsables de la formation des systèmes planétaires. »
Sources:
- Communiqué de presse: Un disque circumplanétaire «formant la Lune» découvert dans un système d'étoiles lointaines
- Communiqué de presse: Un disque formant la lune découvert autour d'une planète lointaine
- Document de recherche: Détection des émissions de submillimètre de continu associées aux protoplanètes candidates
