Image incroyable de la naissance en cours d’une lune autour d’une exoplanète !

En 2018 et 2019, des astronomes découvraient deux planètes en formation autour de l’étoile PDS70. À l’époque, on supposait que ces deux planètes étaient entourées d’un disque de poussière, lieu de naissance présumé des satellites naturels ! Aujourd’hui, Alma confirme la présence d’un disque qui entoure l’exoplanète PDS 70c, à l’intérieur duquel il pourrait se former jusqu’à trois lunes. Les explications de Myriam Benisty, chercheuse à l’université de Grenoble (France) et à l’université du Chili, qui a dirigé cette étude.

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L’observatoire Alma a confirmé l’existence d’un disque circumplanétaire entourant l’planètes géantes, semblables à Jupiter, qui est en orbite autour d’une étoile située à près de 400 années-lumière. Ces deux planètes, PDS 70b et PDS 70c, qui forment un système rappelant la paire Jupiter-Saturne, avaient été découvertes pour la première fois à l’aide du Very Large Telescope (ESO, en 2018 et 2019 respectivement. À l’époque, les astronomes avaient déjà trouvé des indices d’un disque permettant la formation de distance entre notre masse suffisante pour former jusqu’à trois satellites comme la Lune », explique Myriam Benisty, chercheuse à l’université de Grenoble (France) et à l’université du Chili, qui a dirigé les nouveaux travaux publiés aujourd’hui dans The Astrophysical Journal Letters.

Une opportunité unique d’observer et d’étudier les processus de formation des planètes et des satellites

Comme le souligne le communiqué de presse de l’ESO, ces résultats ne sont pas seulement essentiels pour découvrir comment les lunes se forment. « Ces nouvelles observations sont également extrêmement importantes pour tester les théories sur la formation des planètes qui ne pouvaient pas être vérifiées jusqu’à présent », explique Jaehan Bae, chercheur au Earth and Planets Laboratory de la Carnegie Institution for Science, aux États-Unis, et auteur de l’étude. Il faut savoir qu’aujourd’hui on ne « comprend pas les détails des processus de formation des planètes et des lunes, ni où elles se forment », explique Stefano Facchini, chercheur à l’ESO, également impliqué dans cette recherche.

Ce que l’on sait de la formation des planètes, c’est qu’elles se forment dans des disques de poussière autour de jeunes étoiles, creusant des cavités en accrétant de la Alma ont maintenant permis aux astronomes d’obtenir des informations supplémentaires sur le système. En plus de confirmer la détection du disque circumplanétaire autour de PDS 70c et d’étudier sa taille et sa masse, ils ont découvert que PDS 70b ne présente pas de preuve évidente de la présence d’un tel disque, ce qui indique qu’il a été privé par PDS 70c des poussières de son environnement de naissance.

Ce système planétaire sera compris de manière encore plus approfondie grâce à l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, actuellement en construction sur le Cerro Armazones, dans le désert chilien d’Atacama. « L’ELT sera essentiel pour cette recherche car, grâce à sa résolution beaucoup plus élevée, nous serons en mesure de cartographier le système dans ses moindres détails », explique le coauteur Richard Teague, chercheur au Center for Astrophysics | Harvard Smithsonian, aux États-Unis. En particulier, en utilisant la caméra et le spectrographe Metis de l’ELT, l’équipe sera en mesure d’examiner les mouvements du gaz entourant PDS 70c pour obtenir une image 3D complète du système.

Futura a interviewé Myriam Benisty, chercheuse à l’Université de Grenoble (France) et à l’Université du Chili, qui a dirigé les nouveaux travaux publiés aujourd’hui dans The Astrophysical Journal Letters.

Futura : Ce n’est pas la première fois qu’Alma observe PDS 70C. Qu’apportent de plus ces nouvelles observations ? 

Myriam Benisty : Nos premières observations publiées en 2019 apportaient des indices de la présence d’un disque circumplanétaire autour de PDS 70c, mais nous ne pouvions pas en être certains, car le disque en question n’était pas détaché, séparé de l’environnement circumstellaire qui l’entoure. Nous avons obtenu par la suite des observations à plus haute résolution, permettant d’imager des détails plus fins, et ainsi avons pu détecter le disque autour de la planète, séparé du disque autour de l’étoile. Ainsi, nous avons pu observer directement la formation d’un système planétaire avec ses satellites, ce qui nous permet de tester les théories de formation planétaire. Par exemple, nous avons pu estimer plus précisément la masse de poussière disponible pour former des satellites, ainsi que la taille du disque circumplanétaire. 

Futura : Techniquement, par rapport aux observations précédentes, ces dernières observations sont-elles plus fines en matière de résolution ou autre ?

Myriam Benisty : Oui, en effet, ces observations sont bien plus fines en résolution. Nos observations avec Alma ont été obtenues à une résolution si fine que nous avons pu clairement identifier que le disque est associé à la planète et nous sommes capables de déterminer sa taille pour la première fois. Notre travail révèle clairement la détection d’un disque dans lequel des satellites pourraient être en train de se former !

Futura : Que peut-on dire de cette « future » lune et peut-on faire une analogie avec le Système solaire ?

Myriam Benisty : À ce stade, nous pouvons dire que le disque autour de PDS 70c a la capacité pour former des lunes. L’Système solaire est plus générale dans le système de PDS70. La paire de planètes PDS 70b et PDS 70c rappelle Jupiter-Saturne, deux planètes géantes avec un réservoir de matière à l’intérieur de leurs orbites (où pourraient se former des planètes de type terrestre) et à l’extérieur de leurs orbites (où d’autres géantes pourraient se former). PDS 70b est située à 20 Uranus) alors que PDS 70c orbite à environ 33 unités astronomiques (comme Neptune). Jupiter et Saturne ont toutes les deux beaucoup de satellites… qui se sont formés dans un disque circumplanétaire comme celui que l’on a observé autour de PDS 70c. 

Futura : Quelle est la prochaine étape de vos recherches ? Voir une lune émerger de ce disque de poussière ?

Myriam Benisty : Avec les instruments que l’on a actuellement, il est impossible d’observer une lune dans ce disque de poussière. Nos prochains objectifs sont de caractériser les propriétés accrétion de matière sur la planète. 

Deux bébés exoplanètes en train de naître sous les yeux des astronomes

Article de Nathalie Mayer publié le 19/05/2020

Il y a quelques mois, des astronomes avaient publié ce qu’ils interprétaient comme les toutes premières images de la naissance de deux exoplanètes géantes. L’événement se jouait à quelque 370 années-lumière de la Terre. Autour d’une étoile baptisée PDS 70. Aujourd’hui, de nouvelles preuves viennent confirmer la bonne nouvelle.

PDS 70, c’est une étoile jeune. Un peu moins de 6 millions d’années. De type naine orange. Et si elle intéresse particulièrement les astronomes, c’est parce que le Very large telescope (VLT) de l’Observatoire austral européen lui a découvert des exoplanètes en formation. La première image directe date de 2018. D’autres ont été prises en 2019. Elles semblent montrer deux protoplanètes de type Jupiter.

« Lorsque ces deux exoplanètes ont été imagées pour la première fois, il y avait une certaine confusion, explique nouvelle étude dans le communiqué. Les planètes se forment dans un disque de poussière et de gaz entourant une jeune étoile. Ce protoplanète, créant une sorte d’écran de fumée qui rend difficile la différenciation sur une image du disque gazeux poussiéreux de la planète en développement ».

Aujourd’hui donc, des chercheurs de l’Observatoire W. M. Keck (Hawaï) apportent de nouvelles preuves de l’existence de ces deux protoplanètes. Grâce à des images capturées à l’aide d’un nouvel instrument qui étudie le ciel dans le proche infrarouge (NIRC2) combiné avec le système amélioré d’optique adaptative de l’Observatoire.

Des images plus détaillées que jamais

Ce système équipé d’un images astronomiques, il fournit des images plus nettes et plus détaillées que jamais.

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Un premier test scientifique à échelle réelle

« Celles que nous présentons du système PDS 70 constituent le premier test scientifique à échelle réelle pour ces nouvelles installations », indique Charlotte Bond, responsable de ces instruments. « C’est très excitant de constater à quel point nous parvenons à corriger les images. »

Et les chercheurs ont développé une nouvelle méthode qui leur permet de supprimer la luminosité du disque circumstellaire à l’emplacement supposé des exoplanètes. « Nous savons que le disque protoplanétaire devrait être symétrique autour de l’étoile alors qu’une planète devrait être un seul point dans l’image, précise Jason Wang. Donc, même si une planète semble reposer sur le dessus du disque — ce qui est le cas pour PDS 70c –, sur la base de notre connaissance de l’apparence du disque sur l’ensemble de l’image, nous pouvons déduire la luminosité du disque à l’emplacement de la protoplanète et supprimer le signal du disque. Tout ce qui reste est l’émission de la planète ».

Deux exoplanètes en train de grossir et des bébés-lunes observés pour la première fois

Grandiose : une deuxième planète a été découverte par observation directe autour de la très jeune étoile PDS 70. Ces deux gros bébés sont plus massifs que Jupiter et continuent de pousser en dévorant tout sur leur passage. Une autre équipe de chercheurs a, de son côté, mis en évidence un disque circumplanétaire autour de PDS 70b. C’est la première fois que les astronomes assistent à la naissance d’exolunes.

Article de Xavier Demeersman paru le 09/06/2019

Ce n’est pas exactement notre Système solaire dans sa petite enfance que l’on peut admirer sur ces images mais cela devait y ressembler. Âgée d’un peu moins de six millions d’années, PDS 70 (environ 0,76 masse solaire) est une étoile toute jeune de type naine orange qui, à l’instar de notre Soleil quand il avait le même âge (c’était donc il y a environ 4,5 milliards d’années), est actuellement entourée d’un vaste disque de gaz et de poussière distinct sur les images du VLT (l’éclat de PDS 70 a été masqué). Beaucoup de choses s’y passent à l’intérieur et c’est pour cette raison que des astronomes la scrutent régulièrement, autant fascinés que curieux de comprendre l’évolution d’un système planétaire et d’assister à la naissance de ses planètes.

Et des naissances, il y en a désormais deux de connues dans ce système situé à quelque 370 années-lumière de la Terre. Ce sont deux planètes géantes surprises au beau milieu des fossés ou « vides » qu’elles ont creusés dans le disque protoplanétaire.

Deux planètes géantes gazeuses émergeant du disque protoplanétaire

La première, PDS 70b, a été débusquée il y a plus d’un an par l’instrument chasseur d’exoplanètes du VLT Sphere (voir article plus bas). D’une masse comprise entre 4 et 17 fois celle de Jupiter, la jeune planète géante continue encore de croître à quelque 3,2 milliards de kilomètres de son soleil – soit à une distance équivalente à celle d’Uranus dans notre système – en ramassant et piégeant tout ce qui traîne sur son passage.

La seconde, désignée PDS 70c, a récemment été démasquée via l’instrument Muse (Multi Unit Spectroscopic Explorer) du VLT. Elle loge à plus de cinq milliards de kilomètres de son étoile – ce qui correspond à peu près à l’orbite de Neptune – et avale aussi le gaz et la poussière qui se promènent alentour. D’une masse estimée entre une et dix fois celle de Jupiter, c’est aussi un beau gros bébé en pleine croissance. Dans leur étude publiée dans Nature Astronomy, les chercheurs rapportent que les orbites des deux planètes sont presque en résonance (2:1) : ainsi, pendant que la plus éloignée fait un tour autour de son étoile, la plus proche, elle, a le temps d’en faire deux. C’est la première fois que des chercheurs apportent des preuves directes que les interstices ou « vides » dénués de poussière entre les anneaux sont occupés par des planètes en formation.

La première preuve d’un disque circumplanétaire

Autre découverte qui marque un cap : un disque circumplanétaire autour de PDS 70b. C’est la première fois, et après des années de recherche « intensives » que des astronomes réussissent à en mettre un en évidence. Cela, grâce à des images infrarouges dans différentes longueurs d’onde prises avec le VLT et traitées avec « une méthode innovante ». Pour l’équipe, des lunes sont certainement en gestation dans cette nuée de poussière et de gaz qui encercle la géante. On assiste littéralement à la naissance de ses futurs satellites naturels, comme le prévoient les modèles théoriques.

« Notre travail ajoute une autre pièce au puzzle de la formation de planètes géantes dont la première pièce a été placée par Galilée il y a quatre siècles avec la découverte des quatre grandes lunes de Jupiter », a commenté Valentin Christiaens, l’auteur principal de l’étude menée par la Monash School of Physics and Astronomy qui vient de paraître dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Tout ceci évoque notre Système solaire dominé par les deux géantes Jupiter (elle fut la première à se former) et Saturne et où des planètes plus petites et rocheuses ont pris place plus près du Soleil. Y a-t-il d’autres yeux. Merci à l’instrument Sphere, installé sur le VLT, au Chili.

Tout près de chez nous (à l’échelle de la Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch), greffé sur le VLT (un ensemble de télescopes géants au Chili), des astronomes ont obtenu le tout premier portrait d’un bébé planétaire ! Oui, une protoplanète confirmée a été photographiée directement. Une belle prouesse qui, pour les chercheurs, ouvre grand une télescope spatial chasseur d’exoplanètes…), qui figure parmi les principaux artisans de cette image inédite et qui est l’auteur principale des articles décrivant le bébé planétaire (à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics). Jusqu’à présent, la plupart de ces planètes candidates pouvaient n’être que des artefacts du disque », ajoute-t-elle. Eh bien, pas cette fois.

Une protoplanète beaucoup plus massive et chaude que nos planètes

Le nom de cette protoplanète est PDS 70b. Celle-ci gravite autour d’une étoile de type naine orange, classée T Tauri, qui est âgée d’à peine plus de 5 millions d’années. C’est donc encore très jeune. Tout est en train de se mettre en place là-bas. Pour voir PDS 70b, les astronomes ont utilisé Sphere, qui leur a permis de masquer l’éclat de l’étoile avec le atmosphère semble arborer des astrophysiciens et ingénieurs qui ont participé à ces recherches et aussi de ceux qui ont conçu Sphere, redoutable chasseur d’exoplanètes. Un nouveau pas a été franchi.

La première image d’un bébé planète étonne les astronomes

Article de Xavier Demeersman publié le 26 mars 2016

Fin 2014, Alma dévoilait un disque protoplanétaire autour de HL Tauri, une étoile toute jeune qui n’a qu’un million d’années. Avec le VLA, une équipe est allée plus loin encore et a découvert un grumeau de poussière qui pourrait être un véritable embryon planétaire. Surprenant pour une étoile aussi jeune.

Au même titre que les astronomes cherchent à connaître dans les détails toutes les étapes qui conduisent à la formation d’une étoile – qu’elles soient du même type que le Soleil ou plus (ou moins) massive -, beaucoup s’intéressent à l’comètes, lesquelles conservent des traces des conditions qui régnaient aux origines du Système solaire. Bien entendu, les observer en train de naître est très précieux pour comparer les modèles avec la réalité. Mais les différences d’échelles font que jusqu’à présent, il a toujours été plus facile d’étudier des protoplanètes.

Toutefois, la situation est en train de changer grâce aux progrès techniques et aux nouvelles générations d’instruments. Souvenons-nous, pour l’une de ses premières observations avec la totalité de ses antennes déployées, Alma (Atacama Large Millimetre/sub-millimetre Array) nous avait émerveillés en novembre 2014 en nous dévoilant le disque de poussière – subdivisé en anneaux – qui entoure la très jeune étoile HL Tauri. Jamais un disque protoplanétaire n’avait été vu avec autant de détails auparavant. Cela ne se passe pas très loin du Système solaire, c’est à environ 450 années-lumière en direction du Taureau, dans le terreau encore très sombre d’une pépinière d’étoiles.

Avec le VLA (Very Large Array) basé au Nouveau-Mexique, une équipe est allée encore plus loin dans l’intimité de l’étoile en nous révélant les régions les plus proches. Et là, surprise…

Un développement ultrarapide

Dans les premiers cercles autour de HL Tauri, on distingue au sein de l’anneau grumeleux de poussière, une motte assez dense qui se détache du reste. Sa masse est estimée entre 3 et 8 fois celle de la Terre, ce qui en fait un très bon candidat pour un embryon planétaire, peut-être une Planck d’astrophysique qui a participé à cette étude (disponible sur arXiv).

L’enquête se poursuit. Les chercheurs travaillent d’ores et déjà à modéliser en détail ce qui peut se passer tout autour de l’étoile et bien sûr à collecter de nouvelles données sur ce grumeau de matière afin de mieux en cerner sa nature. « Des images très détaillées comme celles-ci élèvent la recherche sur la formation planétaire à un nouveau niveau, note Thomas Henning qui a dirigé l’équipe. Visiblement, les structures dans le disque comme ce grumeau que nous avons découvert sont nécessaires si nous voulons expliquer la formation de systèmes comme le nôtre. »

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