Elias 2-24 b, une exoplanète de type jovien récemment découverte et âgée d’environ un million d’années, est la plus jeune exoplanète jamais détectée à ce jour. Située à environ 450 années-lumière de la Terre, elle est encore enfouie dans les restes de gaz et de poussière de son disque protoplanétaire. Cette découverte offre un rare aperçu des débuts des processus de formation planétaire autour d’une étoile.
Les étoiles naissent par le biais de l’effondrement gravitationnel de nuages denses de gaz et de poussière. Cette matière, dite nébuleuse ou nuage moléculaire, se fragmente et se contracte en amas jusqu’à atteindre des niveaux de densité et de température suffisamment élevés pour permettre le déclenchement de la fusion nucléaire. Au cours de cet effondrement, la matière s’accumule progressivement autour d’une protoétoile, qui continue d’accréter de la matière jusqu’à former l’étoile.
Les planètes se forment à partir de la matière restante autour de la jeune étoile après son effondrement. Cette matière forme un disque protoplanétaire autour de l’étoile, au sein duquel les grains de poussière et les particules de matière s’agrègent progressivement pour donner naissance aux corps planétaires. L’étude de ces premières phases de formation planétaire est cependant particulièrement complexe en raison de l’épais nuage de poussière qui les entoure et de la luminosité de leurs étoiles, qui tend à les occulter.
De nombreuses exoplanètes ont été découvertes grâce à la méthode des transits, qui consiste à détecter la baisse périodique de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle. Cette méthode est cependant peu adaptée aux planètes encore jeunes et profondément enfouies dans leur disque protoplanétaire.
Il est également particulièrement difficile à appliquer aux planètes très éloignées de leur étoile hôte, notamment en raison de la faible probabilité d’alignement nécessaire à l’observation d’un transit et de la longueur de leur période orbitale.
Les exoplanètes connues sont en grande majorité observées autour d’étoiles relativement âgées, et les méthodes de détection utilisées sont particulièrement sensibles aux planètes proches de leur étoile. Les modèles actuels de formation planétaire reposent sur une combinaison de théories et de simulations complexes, ainsi que sur l’observation de jeunes étoiles dotées de disques protoplanétaires où la présence de planètes est encore indétectable.
« La galaxie produit sans cesse de nouvelles étoiles et planètes, il en existe donc beaucoup à chaque stade de leur évolution », explique Lucas Cieza, co-auteur de l’étude sur Elias 2-24 b et professeur à l’Institut d’études astrophysiques de l’Université Diego Portales, au Chili. « En théorie, nous pouvons donc observer l’ensemble du processus, mais la plupart des télescopes ont des capacités de détection très limitées. Pour l’instant, nous sommes largement aveugles à ces jeunes planètes. »
Cieza et ses collègues sont parvenus à repérer Elias 2-24 b en combinant les observations de plusieurs grands télescopes. « On entend généralement parler de télescopes fonctionnant indépendamment, mais cette confirmation n’a été possible qu’en utilisant plusieurs télescopes conjointement », explique l’auteur principal de l’étude, Andrea Bernardi, doctorant à l’Université Diego Portales au Chili.
Une exoplanète en pleine formation
Des observations réalisées il y a une dizaine d’années avec l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), au Chili, avaient révélé une région creuse dans le disque protoplanétaire de la jeune étoile Elias 2-24, à 450 années-lumière de la Terre. Le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) avait également détecté un faible point lumineux au sein de cette région.
Les astronomes ont soupçonné qu’il pourrait s’agir d’une exoplanète. Cependant, la région semblait trop éloignée de l’étoile et trop jeune pour correspondre aux modèles alors utilisés pour la formation d’une telle planète.
En effet, les modèles actuels avancent qu’il faut environ 5 millions d’années pour former une planète de la taille de Jupiter à la distance de Jupiter au Soleil, soit un peu plus de cinq fois la distance Terre-Soleil, et encore plus longtemps au-delà. Or, le point lumineux se situait à environ 55 unités astronomiques de son étoile et se comportait déjà comme une planète en formation.
La présence d’Elias 2-24 b a finalement été établie grâce aux observations du télescope Keck, équipé d’un coronographe. Les coronographes permettent de bloquer partiellement la lumière des étoiles de sorte que leur luminosité n’occulte pas celle, plus faible, des exoplanètes qui pourraient les entourer.
En analysant les mouvements de la source lumineuse située dans la lacune à partir des données d’observations combinées, les chercheurs ont conclu qu’elle présentait un mouvement orbital compatible avec celui attendu pour une planète.
Âgée d’environ un million d’années, Elias 2-24 b est actuellement l’une des exoplanètes connues les plus jeunes. Au moment de la découverte, le précédent record était détenu à égalité par quatre planètes âgées de plus de 5 millions d’années. La découverte d’une planète observée à un stade aussi précoce de sa formation pourrait contribuer à éclairer davantage les processus de formation planétaire, y compris celui du Système solaire.
« Elias 2-24 b se situe à la limite de ce que les télescopes actuels peuvent détecter, mais avec de nouveaux instruments comme le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, de telles détections devraient devenir plus faciles », conclut Bernardi. Les résultats de l’étude ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.
