Première preuve directe de la naissance d'une planète

Autour de la jeune étoile AB Aurigae, une équipe d'astronomes a découvert, à l'aide du VLT de l'ESO, les signes de la naissance d'une planète et l'endroit précis où elle pourrait se former ! Les explications d'Anthony Boccaletti de l'Observatoire de Paris, Université PSL, qui a dirigé l'étude.

Étonnement, la théorie de formation planétaire la plus admise par la communauté scientifique est une théorie jeune et en plein développement, de sorte que chaque observation d'une étape de la formation des planètes est un moyen d'affiner ce modèle théorique.

Il y a quelques mois, des observations réalisées avec l'instrument Sphere installé au Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral ont mis en évidence les signes révélateurs d'un système planétaire en formation autour de la jeune étoile AB Aurigae. Ce système planétaire en formation, situé à 520 années-lumière de la Terre dans la constellation d'Auriga (le Cocher), est très bien connu des astronomes qui l'observent depuis près d'une vingtaine d'années.

Ces observations ont permis de repérer une « structure en spirale proéminente avec une "torsion" » qui marque le site « où une planète pourrait se former », nous explique Anthony Boccaletti de l'Observatoire de Paris, Université PSL (France), qui a dirigé l'étude. Cette « torsion est prédite selon certains modèles théoriques de formation planétaire », déclare la coauteure Anne Dutrey, du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB). Elle correspond à la « connexion de deux spirales - l'une s'enroulant vers l'intérieur de l'orbite de la planète, l'autre s'étendant vers l'extérieur - qui se rejoignent à l'emplacement de la planète ». Elles permettent au gaz et à la poussière du disque de « s'accréter sur la planète en formation et de la faire croître », précise la chercheuse.

Cette structure observée pourrait être la « première preuve directe de la naissance d'une planète », tient à souligner Anthony Boccaletti. Ce point de « perturbation se trouve à peu près à la même distance de l'étoile que Neptune du Soleil », ajoute t-il.

Le moment et le lieu précis où se forment des planètes 

Ces observations fournissent aussi les indices cruciaux pour aider les scientifiques à mieux comprendre ce processus. « Nous devons observer de très jeunes systèmes pour vraiment saisir le moment où les planètes se forment », explique Anthony Boccaletti. Mais, jusqu'à présent, les astronomes n'avaient pas réussi à prendre des images suffisamment nettes et profondes de ces jeunes disques pour trouver le « point précis qui indique l'endroit où un bébé planète devrait être en train de naître ». C'est aujourd'hui chose faite !

Ces nouvelles images, « acquises par l'instrument Sphere et qui sont les plus précises et les plus profondes du système AB Aurigae obtenues à ce jour », montrent une « étonnante spirale de poussière et de gaz autour d'AB Aurigae ». Or, les spirales de ce type signalent la présence de bébés planètes qui « excitent » le gaz, créant des « perturbations dans le disque en forme d'ondes un peu comme le sillage d'un bateau sur un lac », explique Emmanuel Di Folco, également du LAB qui a aussi participé à l'étude. À mesure que la planète tourne autour de l'étoile centrale, cette « onde prend la forme d'un bras spiral » et la région en jaune très brillant près du centre d'AB Aurigae est « l'un de ces sites de perturbation où l'équipe pense qu'une planète est en train de se former », précise Emmanuel Di Folco.

Donnons la parole à Anthony Boccaletti :

Avez-vous une idée de la taille de la planète en formation ou s'agit-il pour l'instant d'une proto-planète ?

Anthony Boccaletti : Non pas précisément. On voit la forme que fait la spirale et on en déduit que ça colle plutôt bien avec les modèles qui considèrent ces spirales comme produites par des planètes. Mais, justement, le modèle est très simple et ne dépend pas vraiment de la masse de la planète. Dans l'article, on essaye de faire des estimations en supposant que la planète est entourée d'un disque circumplanétaire et que ce disque émet de la lumière en infrarouge. Cela implique un modèle qui relie le taux d'accrétion de ce disque avec sa luminosité. On trouve qu'un objet de quelques masses de Jupiter pourrait expliquer le flux observé.

Une future planète géante gazeuse donc ?

Anthony Boccaletti : Oui. Ce serait plutôt une planète massive pour produire de telles spirales aussi évidentes dans les images.

Concrètement, que voit-on de la planète sur ces images ?

Anthony Boccaletti : On voit surtout la spirale. La planète est probablement enfouie dans le gaz et la poussière et n'est pas visible. Ce qui est un peu en contradiction avec ce que j'ai dit au dessus à propos de l'estimation de sa masse en supposant que le flux mesuré est issu d'un disque circumplanétaire.

Que nous apprend cette découverte sur la formation des planètes ?

Anthony Boccaletti : On connait des disques avec des spirales, on connait des planètes imagées à l'intérieur de disques (Beta Pic b, PDS70 b, également observée avec Sphere), mais on n'a jamais pu mettre en évidence une connexion entre les deux ! Justement parce que, lorsqu'il y a une spirale, c'est que la quantité de gaz est encore trop élevée pour permettre aux observations en optique de révéler la planète. Ici, on commence à voir pour la première fois une structure dans la spirale qui correspond à ce que l'on attend si cette spirale est générée par une proto-planète. Toujours pas un lien direct mais on s'en rapproche un peu plus.

D'autres observations sont-elles prévues avec des instruments en service ou est-il nécessaire d'attendre de futurs instruments, comme ceux à bord du JWST, pour améliorer les observations de Sphere ?

Anthony Boccaletti : Ce qui ne changera pas, c'est la capacité de nos instruments à « traverser » le gaz. Celui ci sera encore là pendant... quelques milliers ou millions d'années ! Mais oui, on prévoit d'autres observations. Tout d'abord avec Sphere, pour mesurer si cette structure se déplace. On devine déjà un déplacement entre les images de Alma et celles de Sphere, mais le confirmer et obtenir une orbite képlérienne serait la preuve qu'il s'agit bien d'un objet massif, type planète, qui suit les lois de Kepler. Ensuite, on a demandé aussi des observations avec Muse au VLT pour chercher si il y a une accrétion. Cela permettrait de montrer qu'un disque circumplanetaire (et donc une planète) existe.

Il sera aussi nécessaire d'augmenter la résolution angulaire sur cet objet ?

Anthony Boccaletti : Effectivement. Ce sera nécessaire pour résoudre encore mieux la torsion de la spirale et comparer avec des modèles plus compliqués, dits hydrodynamiques. Cela sera possible avec l'Extremely Large Telescope de l'ESO, en cours de construction. Nous devrions être en mesure de voir directement et plus précisément comment la dynamique du gaz contribue à la formation des planètes. Le télescope spatial James Webb (JWST), dont le lancement est prévu en mars 2021, pourrait être utilisé pour mesurer le flux de l'objet en infrarouge moyen, surtout s'il y a un disque circumplanétaire car son flux sera plus élevé à 10 microns qu'à 1 ou 2 microns.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-premiere-preuve-directe-naissance-planete-15067/?fbclid=IwAR0kpktL0kJ58lb9fCyzonxYSZsRYniwl33IJOSO2SZIx9S_oC6tpcG1gAY#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura