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Voici sans doute le système stellaire le plus étrange jamais observé

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| ALMA/S. Kraus et al./NRAO

À 1300 années-lumière de la Terre, dans la constellation d’Orion, se trouve le système stellaire GW Orionis. Composé de trois étoiles, ce système possède une particularité : il possède trois disques circumstellaires dont l’un semble désaligné et tordu par rapport aux deux autres. La cause de ce phénomène, observé par ALMA et le VLT, est encore inconnue. Mais les chercheurs à l’origine de la découverte suggèrent qu’il pourrait être l’oeuvre d’une planète en formation ou évoluant entre les disques.

Un nuage de poussière et de gaz tourbillonnant autour d’un système stellaire infantile situé à 1300 années-lumière ne ressemble à aucun disque de formation de planète que nous ayons vu. Il se compose de trois anneaux, enroulés autour de trois étoiles — et les trois anneaux ont des orientations différentes, le plus intérieur étant complètement désaligné par rapport aux deux autres.

C’est la première preuve directe qu’un tel désalignement — connu sous le nom de déchirement de disque et prédit par les modèles — peut se produire. Mais, bien que l’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) ait effectué l’observation la plus détaillée du système à ce jour, on ne sait toujours pas exactement comment le déchirement du disque s’est produit.

Le système, nommé GW Orionis, est situé à environ 1300 années-lumière, dans la constellation d’Orion. Il se compose de deux étoiles, verrouillées en orbite l’une autour de l’autre à une distance d’environ une unité astronomique (la distance moyenne entre la Terre et le Soleil), avec une troisième étoile en orbite autour de la paire sur une orbite désalignée à une distance de huit unités astronomiques.

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GW Orionis : un système stellaire possédant trois disques circumstellaires

Autour des trois étoiles, le nuage protoplanétaire géant de poussière et de gaz évolue, avec des anneaux situés à des distances de 46, 185 et 340 unités astronomiques du centre du système. Cet anneau extérieur est le plus grand que nous ayons jamais vu dans un système protoplanétaire ; à titre de comparaison, la distance moyenne de Pluton par rapport au Soleil est de 39.5 unités astronomiques.

Animation montrant le mouvement des étoiles dans le système GW Orionis :

Les disques protoplanétaires, comme leur nom l’indique, sont le matériau à partir duquel les planètes se forment autour d’une étoile. Premièrement, l’étoile doit se former et grandir dans une pépinière stellaire. Une zone de matière dans un nuage protostellaire s’effondre gravitationnellement et commence à tourner. Cela enroule un disque géant de gaz et de poussière qui alimente l’étoile en croissance.

Lorsque ce processus de formation est terminé, le matériau restant dans le disque commence à s’agglutiner et finit par former des planètes et d’autres corps mineurs. C’est pourquoi, dans les systèmes planétaires comme notre système solaire, les planètes et les ceintures d’astéroïdes sont plus ou moins alignées le long d’un plan plat, encerclant l’équateur de l’étoile.

Un disque complètement désaligné par rapport aux deux autres

Cependant, autour de systèmes d’étoiles multiples, le plan planétaire est souvent mal aligné avec les orbites de ses étoiles. L’étude des disques protoplanétaires autour de plusieurs systèmes stellaires peut nous aider à comprendre comment ce désalignement se produit. L’étrange désalignement du disque protoplanétaire de GW Orionis a été découvert pour la première fois dans les observations d’ALMA en 2017.

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Le système GW Orionis observé par ALMA (gauche) et le VLT (droite). Crédits : ALMA/S. Kraus et al./NRAO/ESO

Une deuxième équipe d’astronomes a également effectué des observations de plus près, en utilisant à la fois ALMA et le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral. « Dans nos images, nous voyons l’ombre de l’anneau interne sur le disque externe », explique l’astronome Stefan Kraus de l’Université d’Exeter au Royaume-Uni.

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« En même temps, ALMA nous a permis de mesurer la forme précise de l’anneau qui projette l’ombre. La combinaison de ces informations nous permet de dériver l’orientation tridimensionnelle de l’anneau désaligné et de la surface du disque déformée », ajoute Kraus.

Animation montrant le déchirement du disque protoplanétaire intérieur :

Heureusement, bien que le désalignement n’ait été découvert que récemment, GW Orionis est surveillé depuis 2008, et la troisième étoile du système a été découverte en 2011. Cela a donné aux chercheurs plusieurs années de données à partir desquelles reconstruire les orbites du système.

L’hypothèse d’une planète située entre les disques ?

En utilisant des simulations informatiques 3D du système, Kraus et son équipe ont découvert que les influences gravitationnelles conflictuelles des étoiles le long de différents plans étaient capables de produire le déchirement prononcé du disque observé dans GW Orionis.

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Mais Bi et son équipe ont découvert que l’effet gravitationnel des danses orbitales des étoiles ne suffisait pas à lui seul à produire les anneaux observés. « Nos simulations montrent que l’attraction gravitationnelle des étoiles triples ne peut à elle seule expliquer le grand désalignement observé. Nous pensons que la présence d’une planète entre ces anneaux est nécessaire pour expliquer pourquoi le disque a été déchiré », indique l’astronome Nienke van der Marel, de l’Université de Victoria.

« Cette planète a probablement creusé un espace de poussière et cassé le disque à l’emplacement des anneaux intérieurs et extérieurs actuels ». S’il y avait une telle planète, ce serait la première que nous ayons jamais trouvée en orbite autour de trois étoiles — mais bien sûr, il est bien trop tôt pour faire une telle affirmation. Les futures observations du système sont en cours pour tenter de résoudre ce puzzle fascinant.

Sources : Science

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