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Grâce au VLT, la zone des disques protoplanétaires où se forment les planètes rocheuses a pu être observée.
Les disques protoplanétaires imagés grâce au VLT.
JACQUES KLUSKA ET AL.
Dans l'Univers, la plupart des étoiles sont accompagnées, comme le Soleil, d'un cortège de planètes. Ces astres se forment au sein des disques protoplanétaires, des structures composées de matières et de gaz entourant les jeunes étoiles peu après leur naissance. C'est à l'intérieur de ces disques, qui sont des structures éphémères dont la durée de vie ne dépasse pas les dix millions d'années (c'est très court comparé aux milliards d'années d'existence d'une étoile), que de la matière va s'agréger petit à petit pour former des planétoïdes puis finalement des exoplanètes.
Une zone mal connue
D'après les astrophysiciens, les planètes rocheuses comme notre Terre se formeraient dans les régions internes des disques protoplanétaires, à moins de 5 unités astronomiques (cinq fois la distance Terre-Soleil) de l'étoile autour de laquelle le disque s'est formé. Or c'est une zone de disques qui sont très difficiles à imager même avec les plus grands télescopes disponibles qui ont pourtant réussi à obtenir de saisissantes images de ces structures. Pour améliorer la précision des images, une équipe internationale d'astronomes a eu recours à une technique d'observation complètement différente : l'interférométrie à infrarouge. À l'aide de l'instrument PIONIER de l'ESO, ils ont combiné la lumière collectée par les quatre télescopes du VLT et procédé à une reconstitution des images grâce à un procédé similaire à celui qui a été utilisé pour obtenir la première image d'un trou noir. "Distinguer les détails à l'échelle des orbites des planètes rocheuses équivaut à pouvoir voir un humain sur la Lune ou à de distinguer un cheveu à une distance de 10 km", souligne dans un communiqué Jean-Philippe Berger de l'Université Grenoble-Alpes, chercheur principal sur l'instrument PIONIER.
Le disque protoplanétaire de l'étoile HD45677 avec les orbites de la Terre et de Jupiter représentés. Crédit : Jacques Kluska et al.
Irrégularités notables
Les images ainsi obtenues font l'objet d'une publication dans la revue Astronomy & Astrophysics. Elles révèlent des irrégularités, des régions plus brillantes que d'autres qui pourraient trahir des instabilités à l'intérieur du disque. Instabilités qui peuvent donner naissance à des tourbillons où des grains de poussières s'accumulent. Ce sont les prémisses des futures planètes. Il reste à comprendre les mécanismes à l'origine de ces tourbillons pour appréhender le tout début du processus de formation planétaire. La même équipe envisage déjà de réaliser de nouvelles observations pour tenter, cette fois, d'observer un astre à une phase de consolidation plus avancée.
De telles protoplanètes ont déjà été observées au cœur des disques circumstellaires au VLT à l'aide de SPHERE, un autre instrument qui utilise l'optique adaptative (une méthode qui permet de corriger les effets de la turbulence atmosphérique). Il avait permis d'obtenir la première image d'une exoplanète en formation autour de l'étoile PDS 70.
Alors que les scientifiques pensaient avoir identifié une nouvelle planète par-delà les confins de notre Système solaire en 2008, celle-ci avait soudainement et complètement disparu des capteurs du télescope Hubble en 2014. Une nouvelle étude propose une explication quant au sort de Fomalhaut b.
Découverte grâce à des données collectées en 2004 et 2006, Fomalhaut b est présentée au public en 2008. Alors que les exoplanètes sont généralement mises au jour par des méthodes de détection indirectes, tels la méthode du transit planétaire ou les effets de microlentille gravitationnelle, Fomalhaut b avait fait l'objet d'observations directes grâce au télescope Hubble. Celle-ci se présentait comme un point mouvant, visible au cours de plusieurs années par le télescope spatial, jusqu'à sa disparition en 2014.
Un nuage de poussière géant
Afin d'expliquer le sort de Fomalhaut b, une équipe de chercheurs de l'université de l'Arizona a tout bonnement choisi de laisser de côté l'hypothèse de l'exoplanète. Leur proposition : l'objet photographié pour la première fois en 2004 serait en réalité un gigantesque nuage de poussière, issu de la collision de deux corps orbitant autour de l'étoile Fomalhaut. Très tôt durant son observation, Fomalhaut b a posé plusieurs questions inattendues aux astronomes. Pourquoi la planète n'émettait-elle aucun rayonnement infrarouge ? Était-elle entourée d'un vaste anneau de poussière bloquant l'accès à sa signature thermique ? Et pourquoi sa trajectoire était-elle si excentrique, suggérant que Fomalhaut b semblait s'échapper de son système plutôt que d'orbiter paisiblement autour de son étoile ?
« Notre étude, qui a analysé toutes les données d'archive collectées par Hubble sur Fomalhaut, a révélé diverses caractéristiques qui, ensemble, suggèrent que cet objet de la taille d'une planète n'a possiblement jamais existé », explique András Gáspár, coauteur de l'étude parue dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Une théorie qui semble confirmée par la disparition de Fomalhaut b, 10 ans après sa première détection.
De futures observations seront nécessaires pour valider l'hypothèse du nuage de poussière issu d'une collision, mais l'enthousiasme des chercheurs n'en est pas moindre. « Ces collisions sont extrêmement rares ; il est donc exceptionnel que nous parvenions à en observer une », commente Gáspár. « Nous pensons que nous nous sommes trouvés au bon endroit au bon moment pour témoigner d'un événement improbable grâce au télescope Hubble de la Nasa. » Le nuage, constitué de particules de poussière d'à peine un micron, se serait progressivement dispersé pour atteindre une taille supérieure à celle de l'orbite terrestre autour du Soleil. D'après Gáspár, il se serait désormais tellement dissipé qu'il en serait devenu indétectable pour les capteurs de Hubble. Néanmoins, l'équipe a confiance en ses résultats qui ont, selon elle, répondu aux nombreuses questions posées par le passé par la présumée Fomalhaut b.
Bien que les données confirment l'existence de collisions similaires dans d'autres systèmes, aucun événement d'une telle amplitude n'a jamais été observé dans notre Système solaire. Si les observations futures du télescope spatial James-Webb donnent raison aux chercheurs, nous aurions alors sous les yeux un formidable laboratoire nous permettant d'étudier la formation des systèmes stellaires ainsi que la manière dont deux corps massifs s'annihilent dans l'espace.
La patience a payé pour un groupe d'astronomes américains. En étudiant avec le télescope Hubble durant plusieurs années l'étoile Fomalhaut située à seulement 25 années-lumière de la Terre, les chercheurs ont obtenu les premières images dans le visible d'une exoplanète trois fois plus massive que Jupiter, Fomalhaut b.
Étoile principale d'une constellation de l'hémisphère sud, le Poisson Austral, Fomalhaut est connue depuis la plus haute antiquité, avant de devenir l'objet de l'attention des chasseurs d'exoplanètes dès le début des années 1980. A cette époque, le satellite de la Nasa, IRAS (Infrared Astronomy Satellite) détecte en infrarouge la signature d'une grande quantité de poussières, pouvant s'interpréter comme due à la présence d’un système planétaire.
Fomalhaut est une étoile jeune puisqu'elle ne doit être âgée que de 200 à 300 millions d'années. Toutefois, elle est de type A sur la séquence principale et donc plus chaude que notre Soleil. Le taux de ses réactions nucléaires est bien plus élevé, ce qui signifie qu'elle devrait épuiser son carburant nucléaire en un milliard d'années environ. Seize fois plus brillante que notre Soleil, elle aura donc une existence dix fois plus courte.
Cliquez pour agrandir. L'étoile Fomalhaut dans la constellation du Poisson Austral. Crédit : A. Fujii, NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)
Etant très lumineuse, plus que le Soleil, la détection autour d'elle d'une planète n'est donc pas chose aisée et c'est une performance extraordinaire que viennent d'accomplir Paul Kalas et ses collègues.
Déjà en 2005, celui-ci avait proposé que la structure bien particulière de l'anneau de poussières détecté impliquait la présence d'un planète géante, proche de celui-ci, exerçant son influence gravitationnelle. En particulier, le centre de l'orbite de l'anneau ne coïncident pas avec celui de l'étoile, de plus les bords nets de ce dernier s'expliquaient bien là aussi, si l'on compare les effets gravitationnels confinant des satellites bergers des anneaux de Saturne, par la présence proche d'une planète.
Pour en avoir le cœur net, les astronomes ont occulté la lumière centrale de l'étoile avec le coronographe équipant Hubble afin de détecter une éventuelle exoplanète dont la luminosité pouvait être au moins un milliard de fois plus faible que celle de son étoile hôte. Ils avaient alors noté la présence de zones un peu plus brillantes autour de l'étoile qui pouvaient être des planète. De fait, en 2006, de nouvelles images montraient clairement qu'une de ces taches brillantes s'était déplacée par rapport à l'étoile.
Cliquez pour agrandir. L'image prise avec le coronographe de Hubble montre l'anneau de poussières autour de Fomallhaut. Le zoom montre une tache brillante se déplaçant de 2004 à 2006 selon une orbite autour de l'étoile . C'est Fomalhaut b. Crédit : NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory)
Les études et les analyses ont montré qu'il s'agissait bien d'un objet en orbite autour de Fomalhaut et qui suivait les lois de Kepler. Située à 119 unités astronomiques (UA) de son étoile, c'est-à-dire environ 10 fois la distance du Soleil à Saturne, Fomalhaut b ne l'est que de 18 AU du bord interne de l'anneau de poussières. Après quatre mois d'analyse des données observationnelles concernant la stabilité de l'anneau de poussières, en conjonction avec des modélisations de l'influence de Fomalhaut b sur celui-ci, une estimation de la masse de l'exoplanète a été obtenue. Elle est de 3 fois celle de Jupiter mais ne peut guère la dépasser, sans quoi l'anneau serait distordu et verrait même son existence impossible.
Cliquez pour agrandir. Une vue d'artiste de Fomalhaut b. Crédit : ESA, NASA, and L. Calcada (ESO for STScI)
Remarquablement, la luminosité dans le visible de la planète est anormalement élevée, ce qui suggère l'existence autour d'elle d'un système d'anneaux constitués de glace réfléchissant la lumière, comme dans le cas de Saturne, mais d'une toute autre ampleur !
En revanche, comme une jeune planète géante, elle devrait rayonner assez fortement dans l'infrarouge (IR) puisqu'elle est encore en plein processus de contraction gravitationnelle selon le mécanisme de Kelvin-Helmholtz. Des tentatives d'observations au sol en IR sont en cours. Les renseignements sur la composition de l'atmosphère de cette exoplanètes que l'on en tirerait seraient précieux pour comprendre l'évolution primitive des planètes géantes du système solaire.
Cliquez pour agrandir. Une comparaison entre le système de Fomalhaut et le notre. Crédit : NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Comme Neptune et Uranus, Fomalhaut b est probablement née plus proche de son soleil et a ensuite migré vers l'extérieur par le jeu des interactions gravitationnelles à N corps, donc vraisemblablement avec des plus petites planètes.
Une telle observation est très encourageante car elles nous montrent que la prochaine génération de télescopes dédiée à l'étude des exoplanètes, et qui va bientôt être opérationnelle, ne devrait pas manquer de nous donner rapidement des informations et des images extraordinaires, levant un coin du voile sur notre origine et notre place dans l'Univers.
Arrokoth est un astéroïde singulier à plus d'un titre. D'abord parce qu'il est l'objet le plus éloigné jamais visité par une sonde. Ensuite parce qu'il présente une forme et des caractéristiques étonnantes. Mais des astronomes proposent aujourd'hui une explication.
C'est pour étudier la planète naine Pluton que la sonde de la Nasa New Horizons a été lancée en 2006. Mais, les ressources de l'engin le permettant, l'occasion était trop belle de ne pas en profiter pour rendre une petite visite à un étrange objet de la ceinture de Kuiper : un astéroïde connu sous le nom de 2014 MU69 et depuis, rebaptisé Arrokoth.
Lorsque les premières images de New Horizons sont arrivées aux astronomes, ils l'ont d'abord surnommé le bonhomme de neige. En référence à sa forme très particulière. L'astéroïde se compose en effet de deux lobes de tailles différentes, comme s'il était le produit de deux objets plus petits qui seraient entrés en collision.
De nombreuses théories ont été avancées, depuis, pour expliquer cette forme et les propriétés particulières d'Arrokoth. Notamment sa vitesse de rotation lente et son grand angle d'inclinaison -- de 98° par rapport au plan de son orbite autour du Soleil. Mais sans réel succès. Jusqu'à aujourd'hui. Une équipe germano-israélienne est parvenue à expliquer, à l'aide de calculs analytiques et de simulations détaillées, la formation de cet astéroïde.
Les chercheurs estiment qu'une simple collision à grande vitesse entre deux objets aléatoires dans la ceinture de Kuiper mènerait à leur destruction. Car ils sont probablement constitués principalement de glaces « molles ». Ils remarquent aussi que si les deux corps qui forment Arrokoth avaient été en orbite l'un autour de l'autre -- comme la Lune autour de la Terre -- puis étaient partis sur une trajectoire en spirale pour se rapprocher lentement et enfin établir un contact, la vitesse de rotation de l'astéroïde aurait été extrêmement élevée. Or la rotation complète d'Arrokoth prend 15,92 heures. Ce qui est relativement lent.
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Arrokoth est le résultat d’une collision lente et non destructrice.
Ainsi dans leur nouveau modèle, les astronomes ont considéré le problème comme un problème à trois corps : deux astéroïdes qui tournent l'un autour de l'autre et ensemble autour du Soleil. Une dynamique complexe et chaotique. Et leurs conclusions sont les suivantes : le système est passé d'une orbite large et relativement circulaire à une orbite elliptique très excentrique. Des trajectoires qui ont mené à une collision lente et non destructrice, donnant naissance à un astéroïde en rotation lente et très incliné.
Se basant sur un tel modèle, les simulations ont donné des résultats « ressemblant étroitement » à Arrokoth. Les chercheurs observent même que beaucoup d'autres objets de la ceinture de Kuiper ont pu être soumis à un processus similaire. Y compris le système Pluton/Charon.
Forcé d'admettre leur authenticité en septembre 2019, le Département américain de la Défense vient officiellement de déclassifier trois vidéos capturées par des avions de chasse en 2004 et 2015. On y aperçoit des formes se déplaçant très rapidement dans les airs, que l'armée doit se résoudre à qualifier de "phénomènes aériens non-identifiés".
Les trois vidéos dévoilées en 2017 par le New York Times laissent entrevoir des formes se déplaçant rapidement dans les airs, au grand étonnement des pilotes de l'armée américaine.
DOD
Le Pentagone vient-il enfin de confirmer que des pilotes de l'US Navy avaient eu affaire à des ovnis ? Au risque d'en décevoir certains, la réponse est non, puisque l'administration parle bien, cette fois encore, de "phénomènes aériens non-identifiés", et non "d'objets". Lundi 27 avril 2020, le Département américain de la Défense a de nouveau communiqué sur trois vidéos bien connues des amateurs d'ovnis, la première datant de novembre 2004, les deux autres de janvier 2015. Ces dernières avaient été diffusées par le New York Times en décembre 2017 après leur mise en ligne par la TTSA (To The Stars Academy of Arts & Science), une organisation dédiée à la recherche sur les phénomènes ufologiques. Son fondateur n'est autre que le musicien Tom DeLonge, ancien chanteur et guitariste du groupe Blink 182, désormais "ufologue" à plein temps.
À l'époque des révélations du quotidien, l'armée américaine n'avait fait aucun commentaire. Il avait fallu attendre septembre 2019 pour qu'un porte-parole de l'US Navy reconnaisse dans un échange par mail avec un journaliste du site The Black Vault que ces images provenaient bien d'avions de chasse de la Marine. Sept mois plus tard, le ministère de la Défense a donc souhaité y mettre les formes. Dans un communiqué, il assure ce lundi "qu'après un examen approfondi", les vidéos "ne révèlent aucune capacité ou système sensible" de l'armée américaine. De quoi permettre leur publication officielle "pour dissiper toute idée fausse du public quant à la véracité des images (…) et à leur contenu".
"La vache, ils vont tous contre le vent !"
"Les phénomènes aériens observés dans les vidéos restent caractérisés comme 'non identifiés'", précise le Département, formulant ainsi un aveu d'ignorance contraint malgré les investigations qui ont dû être menées au cours des dernières années. Mais que voit-on réellement sur ces images en noir et blanc difficilement lisibles pour le grand public ? Sur "FLIR", du nom de la vidéo datée du 14 novembre 2004, on distingue un objet de forme oblongue se déplaçant rapidement. Après avoir été repéré par un F/A-18 Super Hornet au large de San Diego, il semble disparaître sur la gauche dans une soudaine accélération.
"GOFAST" et "GIMBAL", elles, ont été tournées le 21 janvier 2015. Là encore, les engins en service étaient des F/A-18 Super Hornet. On ignore toutefois s'il s'agit ou non d'un même évènement et si celui-ci a bien eu lieu large de Jacksonville, en Floride, comme avancé en 2017 sans en avoir la confirmation de l'armée. Les pilotes, qui pensent d'abord avoir affaire à un drone, font part de leur surprise et de leur incompréhension à l'oral : "Il y en a tout un essaim (...) La vache, ils vont tous contre le vent ! Un vent d'ouest de 120 noeuds !", lance l'un d'entre eux. "Regarde ce truc, mec ! (...) Il tourne sur lui-même", poursuit son coéquipier.
De son côté, Harry Reid, ex-sénateur du Nevada, s'est félicité dans un tweet "que le Pentagone diffuse finalement ces images", ajoutant que "les Etats-Unis devaient considérer sérieusement et scientifiquement ceci, comme y voir d'éventuelles implications pour la sécurité nationale".
I’m glad the Pentagon is finally releasing this footage, but it only scratches the surface of research and materials available. The U.S. needs to take a serious, scientific look at this and any potential national security implications. The American people deserve to be informed. https://twitter.com/CBSNews/status/1254802527595515906 …
L'eau est la clé d'une installation durable et autonome sur la Lune. La Nasa souhaite donc s'assurer que les dépôts de glace d'eau, que plusieurs satellites ont identifiés à l'intérieur de nombreux cratères lunaires situés aux pôles, existent bien. Elle prépare avec le JPL un petit satellite qui sera dédié à cette tâche et dont le lancement est prévu en 2021 lors du vol Artemis 1. Mais si cette eau a un intérêt évident, serons-nous capables de l'utiliser ?
En prévision des futures missions habitées à destination de la Lune et si l'on envisage des habitats permanents pour y vivre et y travailler, au-delà de simples visites d'exploration que seront les premières missions Artemis de la Nasa, il serait bon de savoir si la Lune dispose bien de glace d'eau en quantité suffisamment nécessaires pour faire vivre et travailler ses futurs colons.
Si, aujourd'hui, il ne fait plus guère de doute que de nombreux cratères polaires recèlent potentiellement d'épais dépôts de glace, de parfois plusieurs mètres d'épaisseur, certains scientifiques sont plus prudents. C'est le cas de Barbara Cohen, responsable scientifique de la mission Lunar Flashlight qui doit survoler en 2021 les cratères lunaires, notamment ceux du pôle sud, pour vérifier s'ils contiennent de la glace d'eau.
« Bien que nous ayons une assez bonne idée qu'il y a de la glace à l'intérieur des cratères les plus froids et les plus sombres de la Lune, les mesures sont tout de même un peu ambiguës. » Pour la chercheuse du Centre spatial Goddard de la Nasa, « scientifiquement ça va, mais si nous prévoyons d'envoyer des astronautes là-bas pour déterrer la glace et la boire, nous devons être sûrs qu'elle existe » !
Pour en voir le cœur net, le JPL de la Nasa développe le petit satellite Lunar Flashlight qui aura pour mission de cartographier les dépôts de glace d'eau supposés exister au fond des cratères polaires de la Lune, notamment ceux dont les planchers sont en permanence dans l'ombre du Soleil. Le but de la mission est de fournir des informations sans ambiguïté possible sur l'existence de dépôts de glace d’eau au fond de ces cratères lunaires. Son lancement est prévu lors de la mission Artemis 1 qui donnera le coup d'envoi du retour des Américains sur la Lune.
Cette question de l'utilisation de l'eau n'est pas trop d'actualité aujourd'hui. Il faut savoir que les missions du programme Artemis seront de durée très courte, d'une dizaine de jours et jusqu'à 45 jours. Par souci de simplification, chaque mission embarquera tout ce que son équipage aura besoin en oxygène, nourriture et eau. Plutôt que de se ravitailler en eau sur place, la Nasa préférera jouer la sécurité. D'ailleurs, il est peu probable que l'on soit capable d'en extraire et d'en utiliser d'ici ces vingt prochaines années ! Ce n'est seulement qu'à l'horizon 2050, si une base est effectivement construite, qu'il sera nécessaire de se préoccuper de cette question, si l'on souhaite que cette base soit autonome. À cela, s'ajoute qu'il n'est pas envisagé de ravitailler cette future base en eau car, à l'état liquide, il s'agit d'une ressource « lourde » en termes de masse et de volume. Et donc coûteuse et compliquée à lancer depuis la Terre.
Serons-nous capables d'utiliser l'eau de la Lune ?
À l'état liquide, si les idées ne manquent pas pour utiliser cette eau, les possibilités sont tout de même assez restreintes. Avec des températures de plus ou moins - 200° degrés, faire fondre cette glace et s'en servir pour produire de l'eau à l'état liquide, de l'oxygène et de l'hydrogène, sera techniquement très complexe. Parmi les idées réalistes, malgré des difficultés de mise en œuvre, citons l'utilisation de larges paraboles qui focaliseraient le Soleil sur cette glace pour la réchauffer, la vaporiser et la voir se condenser sur des miroirs, d'où l'eau s'écoulerait dans des réservoirs.
Séparées en leurs deux éléments constitutifs, l'hydrogène et l'oxygène, les molécules d'eau peuvent aussi fournir de l'air mais aussi de l'hydrogène et de l'oxygène utiles pour des carburants de véhicules spatiaux. L'idée est d'utiliser ces deux éléments pour produire des ergols liquides de moteurs à oxygène et hydrogène liquides. Or, l'hydrogène produit par électrolyse, puis liquéfié, nécessite des quantités d'énergies considérables et une infrastructure complexe de stockage. Cette complexité explique le choix des constructeurs de lanceurs d'abandonner l'utilisation de l'hydrogène, lui préférant le méthane comme ergol pour les futurs moteurs chimiques des lanceurs (LOX-méthane). Il faudra donc fabriquer des moteurs spécifiques à des usages « lunaires », ce qui limitera leur attrait. Tout comme faire le plein ! Si l'on peut comprendre que ce carburant pourrait être utilisé par des véhicules spatiaux retournant sur Terre avec une cargaison ou un équipage, le coût sera exorbitant.
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