Une étude exceptionnelle révèle les secrets de la naissance de planètes autour de dizaines d’étoiles
ESO 2024 03 05
Disques où se forment des planètes dans trois nuages de la Voie Lactée
Cette recherche rassemble les observations de plus de 80 jeunes étoiles autour desquelles des planètes pourraient se former dans des disques spectaculaires. Cette petite sélection de l’étude montre 10 disques provenant des trois régions de notre galaxie observées dans les articles. V351 Ori et V1012 Ori sont situées dans la plus éloignée des trois régions, le nuage riche en gaz d’Orion, à quelque 1600 années-lumière de la Terre. DG Tau, T Tau, HP Tau, MWC758 et GM Aur se trouvent dans la région du Taureau, tandis que HD 97048, WW Cha et SZ Cha se trouvent dans Caméléon I, à environ 600 années-lumière de la Terre.
Les images présentées ici ont été prises à l’aide de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) monté sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Le système d’optique adaptative extrême de SPHERE, à la pointe de la technologie, corrige les effets turbulents de l’atmosphère terrestre, ce qui permet d’obtenir des images nettes des disques autour des étoiles. Les étoiles elles-mêmes ont été recouvertes d’un coronographe – un masque circulaire qui bloque leur éclat intense, révélant les faibles disques qui les entourent. Les disques ont été mis à l’échelle pour apparaître à peu près de la même taille dans cette composition. Crédit : ESO/C. Ginski, A. Garufi, P.-G. Valegård et al.
Grâce à une série d’études, une équipe d’astronomes a apporté un nouvel éclairage sur le processus fascinant et complexe de la formation des planètes. Les images exceptionnelles, prises à l’aide du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire Européen Austral (ESO) au Chili, représentent l’une des plus grandes études jamais réalisées sur les disques de formation de planètes. La recherche rassemble les observations de plus de 80 jeunes étoiles autour desquelles pourraient se former des planètes, fournissant aux astronomes une mine de données et un aperçu unique de la façon dont les planètes se forment dans les différentes régions de notre galaxie.
« Il s’agit d’un véritable changement dans notre domaine d’étude », déclare Christian Ginski, maître de conférences à l’université de Galway, en Irlande, et auteur principal de l’un des trois nouveaux articles publiés aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics. « Nous sommes passés de l’étude intensive de systèmes stellaires individuels à cette vaste vue d’ensemble de régions entières de formation d’étoiles ».
À ce jour, plus de 5.000 planètes ont été découvertes en orbite autour d’étoiles autres que le Soleil, souvent dans des systèmes très différents de notre propre système solaire. Pour comprendre où et comment cette diversité apparaît, les astronomes doivent observer les disques riches en poussières et en gaz qui enveloppent les jeunes étoiles – les berceaux mêmes de la formation des planètes. Ces disques se trouvent dans d’immenses nuages de gaz où les étoiles elles-mêmes sont en train de se former.
À l’instar des systèmes planétaires matures, les nouvelles images mettent en évidence l’extraordinaire diversité des disques en formation. « Certains de ces disques présentent d’immenses bras en spirale, probablement animés par le ballet complexe des planètes en orbite », explique M. Ginski. « D’autres présentent des anneaux et de grandes cavités creusées par les planètes en formation, tandis que d’autres encore semblent lisses et presque endormis au milieu de toute cette activité », ajoute Antonio Garufi, astronome à l’Observatoire d’astrophysique d’Arcetri, de l’Institut national italien d’astrophysique (INAF), et auteur principal de l’un des articles.
L’équipe a étudié un total de 86 étoiles dans trois régions de formation d’étoiles de notre galaxie : Le Taureau et Caméléon I, tous deux situés à environ 600 années-lumière de la Terre, et Orion, un nuage riche en gaz situé à environ 1600 années-lumière de la Terre et connu pour être le lieu de naissance de plusieurs étoiles plus massives que le Soleil. Les observations ont été recueillies par une grande équipe internationale, composée de scientifiques de plus de 10 pays.
L’équipe a pu tirer plusieurs enseignements de l’ensemble des données. Par exemple, dans Orion, ils ont constaté que les étoiles groupées par deux ou plus étaient moins susceptibles d’avoir de grands disques de formation de planètes. Il s’agit d’un résultat important étant donné que, contrairement à notre Soleil, la plupart des étoiles de notre galaxie ont des compagnons. En outre, l’aspect irrégulier des disques dans cette région suggère la possibilité de la présence de planètes massives à l’intérieur de ces disques, ce qui pourrait entraîner leur déformation et leur désalignement.
Alors que les disques de formation de planètes peuvent s’étendre sur des distances des centaines de fois supérieures à la distance entre la Terre et le Soleil, leur emplacement à plusieurs centaines d’années-lumière de nous les fait apparaître comme de minuscules points d’épingle dans le ciel nocturne. Pour observer les disques, l’équipe a utilisé l’instrument sophistiqué SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) installé sur le VLT de l’ESO. Le système d’optique adaptative extrême de pointe de SPHERE corrige les effets des turbulences de l’atmosphère terrestre, ce qui permet d’obtenir des images nettes des disques. L’équipe a ainsi pu photographier des disques autour d’étoiles dont la masse ne dépasse pas la moitié de celle du Soleil, alors que ces disques sont généralement trop peu lumineux pour la plupart des autres instruments disponibles aujourd’hui. Des données supplémentaires ont été obtenues grâce à l’instrument X-shooter du VLT, qui a permis aux astronomes de déterminer la jeunesse et la masse des étoiles. L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l’ESO est partenaire, a quant à lui permis à l’équipe de mieux comprendre la quantité de poussière qui entoure certaines des étoiles.
Au fur et à mesure que la technologie progresse, l’équipe espère plonger encore plus profondément au cœur des systèmes de formation de planètes. Le grand miroir de 39 mètres du futur Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, par exemple, permettra à l’équipe d’étudier les régions les plus profondes autour des jeunes étoiles, où des planètes rocheuses comme la nôtre pourraient être en train de se former.
Pour l’instant, ces images spectaculaires fournissent aux chercheurs un trésor de données qui les aidera à percer les mystères de la formation des planètes. « Il est presque poétique que les processus qui marquent le début du voyage vers la formation des planètes et finalement de la vie dans notre propre système solaire soient si beaux », conclut Per-Gunnar Valegård, doctorant à l’université d’Amsterdam, aux Pays-Bas, qui a dirigé l’étude Orion. Per-Gunnar Valegård, qui enseigne également à temps partiel à l’école internationale d’Hilversum, aux Pays-Bas, espère que ces images inciteront ses élèves à devenir des scientifiques à leur tour.
Plus d’informations
Cette recherche a été présentée dans trois articles à paraître dans Astronomy & Astrophysics. Les données présentées ont été recueillies dans le cadre du programme de temps garanti du consortium SPHERE, ainsi que du grand programme DESTINYS (Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars) de l’ESO.
Disques de formation de planètes autour de jeunes étoiles et leur emplacement dans le nuage riche en gaz d’Orion, à environ 1600 années-lumière de la Terre. Les images fascinantes des disques ont été prises à l’aide de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) monté sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Au total, l’équipe a observé 23 étoiles dans la région d’Orion et a détecté des disques de formation de planètes autour de 10 d’entre elles. L’aspect irrégulier de certains disques dans cette région pourrait suggérer la présence de planètes massives à l’intérieur de ces disques, car celles-ci pourraient les déformer et les désaligner. L’image de fond montre une vue infrarouge d’Orion capturée par le satellite d’astronomie infrarouge. Crédit : ESO/P.-G. Valegård et al.; IRAS
Disques où se forment des planètes autour de jeunes étoiles et leur emplacement dans le nuage riche en gaz du Taureau, à environ 600 années-lumière de la Terre. Les images étonnantes des disques ont été prises à l’aide de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) monté sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Au total, l’équipe a observé 43 étoiles dans la région du Taureau, toutes représentées ici (bien que des disques en formation de planète n’aient été détectés que dans 39 de ces cibles). L’image de fond montre une vue infrarouge du Taureau capturée par le satellite d’astronomie infrarouge. Crédit : ESO/A.Garufi et al.; IRAS
Disques où se forment des planètes autour de jeunes étoiles et leur emplacement dans le nuage riche en gaz de Caméléon I, à environ 600 années-lumière de la Terre. Les images stupéfiantes des disques ont été prises à l’aide de l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) monté sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Au total, l’équipe a observé 20 étoiles dans la région de Caméléon I, détectant des disques autour de 13 d’entre elles. L’image de fond montre une vue infrarouge de Caméléon I capturée par l’observatoire spatial Herschel. Crédit : ESO/C. Ginski et al.; ESA/Herschel
Cette image composite montre le disque de formation de planètes MWC 758, situé à environ 500 années-lumière dans la région du Taureau, tel qu’il a été observé avec deux instruments différents. La couleur jaune représente les observations infrarouges obtenues avec l’instrument Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. Les régions bleues, quant à elles, correspondent à des observations réalisées avec l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l’ESO est partenaire.
Ces installations permettent aux astronomes de cartographier la distribution de la poussière autour de cette étoile et d’autres, de manière différente mais complémentaire. SPHERE capte la lumière de l’étoile hôte qui a été diffusée par la poussière qui l’entoure, tandis qu’ALMA enregistre le rayonnement directement émis par la poussière elle-même. Ces observations combinées aident les astronomes à comprendre comment les planètes peuvent se former dans les disques poussiéreux qui entourent les jeunes étoiles. Crédit : ESO/A. Garufi et al.; R. Dong et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
