Hubble observe la formation d’une planète géante

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| NASA/ESA/STScI/Joseph Olmsted
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Au cours des dernières années, les modèles de formation planétaire se sont étoffés grâce à la sensibilité et la résolution croissante des instruments d’observation. Cependant, lorsqu’il s’agit d’exoplanètes, la distance rend toujours les observations difficiles. Mais récemment, une équipe d’astrophysiciens a pu utiliser Hubble pour imager directement, avec une étonnante précision, la croissance d’une exoplanète géante gazeuse dans le disque de son étoile hôte. Des résultats importants qui amélioreront la précision des modèles actuels.

« Nous ne savons tout simplement pas grand-chose sur la croissance des planètes géantes. Ce système planétaire nous donne la première occasion de voir de la matière tomber sur une planète. Nos résultats ouvrent un nouveau domaine pour ce champ de recherche », déclare Brendan Bowler de l’Université du Texas.

Bien que plus de 4000 exoplanètes aient été cataloguées à ce jour, seulement une quinzaine environ ont été directement imagées par des télescopes. Et les planètes sont si éloignées et petites, que ce ne sont que des points sur les meilleures photos. La nouvelle technique de l’équipe utilisant Hubble pour imager directement cette planète ouvre une nouvelle voie pour d’autres recherches sur les exoplanètes, en particulier pendant les années de formation d’une planète.

Cette énorme exoplanète, désignée PDS 70b, tourne autour de l’étoile naine orange PDS 70, qui est déjà connue pour avoir deux planètes en formation active à l’intérieur d’un énorme disque de poussière et de gaz encerclant l’étoile. Le système est situé à 370 années-lumière de la Terre dans, la constellation du Centaure.

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Une estimation du taux de croissance de la planète

« Ce système est tellement excitant parce que nous pouvons assister à la formation d’une planète. C’est la plus jeune planète authentique que Hubble ait jamais imagée directement », indique Yifan Zhou, également de l’Université du Texas. Âgée de millions d’années, la planète est toujours en train de rassembler des matériaux et d’accumuler de la masse.

La sensibilité aux rayons ultraviolets (UV) de Hubble offre un regard unique sur le rayonnement des gaz extrêmement chauds tombant sur la planète. Les observations de Hubble ont permis aux astrophysiciens d’estimer à quelle vitesse la planète prend de la masse. Les observations UV, qui ajoutent au corpus de recherche sur cette planète, ont permis à l’équipe de mesurer directement le taux de croissance de la planète pour la première fois.

Le monde éloigné a déjà accumulé jusqu’à cinq fois la masse de Jupiter sur une période d’environ cinq millions d’années. Le taux d’accrétion mesuré actuel a diminué au point où, si le taux restait stable pendant encore un million d’années, la planète n’augmenterait que d’environ 1/100e de masse de Jupiter.

Zhou et Bowler soulignent que ces observations sont un instantané unique dans le temps — plus de données sont nécessaires pour déterminer si la vitesse à laquelle la planète ajoute de la masse augmente ou diminue. « Nos mesures suggèrent que la planète est à la fin de son processus de formation ».

Une croissance à partir du disque circumstellaire

Le jeune système PDS 70 est empli d’un disque de gaz et de poussière primordial qui fournit du carburant pour alimenter la croissance des planètes dans tout le système. La planète PDS 70b est encerclée par son propre disque de gaz et de poussière qui siphonne le matériau du disque circumstellaire beaucoup plus grand.

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Les chercheurs émettent l’hypothèse que les lignes de champ magnétique s’étendent de son disque protoplanétaire jusqu’à l’atmosphère de l’exoplanète et acheminent de la matière sur la surface de la planète.

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Le VLT de l’Observatoire austral européen a capturé la première image claire d’une planète en formation, PDS 70b, autour d’une étoile naine en 2018. La planète se détache comme un point brillant à droite du centre de l’image, qui est noirci par le  coronographe utilisé pour bloquer la lumière de l’étoile centrale. © ESO, VLT, André B. Mülle

« Si cette matière suit les colonnes du disque sur la planète, cela provoquerait des points chauds locaux. Ces points chauds pourraient être au moins 10 fois plus chauds que la température de la planète. On a constaté que ces plaques chaudes brillaient violemment à la lumière UV », explique Zhou.

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Ces observations offrent un aperçu de la formation des planètes géantes gazeuses autour de notre soleil il y a 4.6 milliards d’années. Jupiter s’est certainement formée de la même manière, à partir d’un disque similaire. Ses principales lunes se seraient également formées à partir des restes de ce disque.

Surmonter l’obstacle de la luminosité stellaire

Un défi pour l’équipe était de surmonter la luminosité de l’étoile hôte. PDS 70b orbite à peu près à la même distance qu’Uranus du Soleil, mais son étoile est plus de 3000 fois plus brillante que la planète aux longueurs d’onde UV. Pendant que Zhou traitait les images, il a très soigneusement enlevé l’éblouissement de l’étoile pour ne laisser que la lumière émise par la planète. Ce faisant, il a amélioré la limite de la distance à laquelle une planète peut se situer par rapport à son étoile dans les observations de Hubble par un facteur de cinq.

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Les observations de Hubble mettent en évidence la planète PDS 70b. Un coronographe sur la caméra de Hubble bloque l’éblouissement de l’étoile centrale pour que la planète soit directement observée. © Joseph DePasquale

« La stratégie d’observation et la technique de post-traitement de Yifan ouvriront de nouvelles fenêtres pour étudier des systèmes similaires, voire le même système, à plusieurs reprises avec Hubble. Avec de futures observations, nous pourrions potentiellement découvrir quand la majorité du gaz et de la poussière tomberont sur leurs planètes et s’ils le font à un rythme constant », conclut Bowler.

Sources : The Astronomical Journal

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