Le VLT capture la toute première image directe et confirmée d’une planète en cours de formation

Au cours de ces dernières années, les modèles de formation planétaire se sont développés et approfondis grâce au perfectionnement des outils d’observation. Une nouvelle étape vient d’être franchie grâce à l’instrument SPHERE du VLT, qui a capturé la toute première image confirmée d’une protoplanète et a ainsi permis d’en apprendre plus sur ses caractéristiques physiques.

Installé sur le VLT (Very Large Telescope) au Chili, SPHERE (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch) est un instrument de seconde génération ayant pour but l’imagerie directe d’exoplanètes. Grâce à ce dernier, une équipe d’astronomes dirigée par l’Institut Max Planck pour l’Astronomie a réussi à capturer l’incroyable image d’une protoplanète autour de l’étoile naine PDS 70 située à 370 années-lumière de la Terre.

Nommée « PDS 70b », la planète a été observée se frayant un chemin dans le disque d’accrétion entourant l’étoile. Les résultats ont fait l’objet de deux publications dans le journal Astronomy & Astrophysics.

Bien que les modèles de formation planétaire soient cohérents, les conforter par des observations directes se révèle plus complexe. Lorsqu’une étoile vient de se former, elle est entourée d’un disque d’accrétion (disque protoplanétaire) composé de poussières, de roches et de gaz.

Selon les modèles planétaires, ces éléments entrent en collision, s’agglomèrent sous l’effet de la gravitation, commencent à former un corps agrégeant ou éjectant la matière se trouvant sur leur trajectoire dans le disque (elles nettoient leur orbite), pour aboutir finalement à une planète.

Les astrophysiciens ont déjà détecté des disques protoplanétaires grâce à des lacunes correspondant au nettoyage orbital et à des données spectrales indiquant la présence de protoplanètes.

Mais capturer directement l’image d’une protoplanète est compliqué, car ordinairement elles se trouvent loin de la Terre et apparaissent trop peu brillantes pour être observées par nos télescopes optiques, notamment lorsque cette luminosité est éclipsée par celle de l’étoile. Concernant PDS 70b, c’est une profonde lacune identifiée dans le disque de PDS 70 en 2012 qui a mis les astronomes sur la piste.

« Ces disques qui encerclent les jeunes étoiles constituent de véritables cocons planétaires. À ce jour toutefois, seule une poignée d’observations ont conduit à la détection de protoplanètes en leur sein » précise Miriam Keppler, directrice de l’équipe. « Jusqu’à présent, la plupart de ces planètes candidates pouvaient n’être que des artefacts du disque ».

Les caractéristiques de PDS 70 en font un bon sujet d’observation. Elle possède un large disque protoplanétaire d’environ 130 ua (20 milliards de kilomètres) de diamètre. En outre, il s’agit d’une étoile naine orange de masse inférieure à celle du Soleil avec une luminosité propice à l’utilisation d’un coronographe, c’est-à-dire un filtre bloquant la luminosité de l’étoile afin de pouvoir observer sa périphérie ; il s’agit du cercle sombre au centre de l’image.

Sans ce coronographe, la luminosité de PDS 70 aurait totalement masqué PDS 70b. En supplément du coronographe, SPHERE utilise une technique d’imagerie à contraste élevé et des filtres polarisant ne sélectionnant que certaines longueurs d’onde, dans le but de détecter les faibles signaux lumineux des exoplanètes.

Cette observation à différentes longueurs d’onde a permis aux scientifiques de déterminer plusieurs caractéristiques notables de PDS 70b, notamment concernant son atmosphère. C’est une géante gazeuse plus massive que Jupiter se situant à 3 milliards de km de son étoile (soit la distance Uranus-Soleil).

À sa surface, une température d’environ 1000°C, soit bien plus élevée que toutes les planètes du Système solaire. Elle boucle son orbite autour de PDS 70 en 120 ans. En outre, l’analyse du spectre suggère que son atmosphère est nuageuse.

Vidéo de l’ESO (European Souther Observatory) présentant les résultats de la découverte :

L’observation directe d’une protoplanète est un résultat scientifique majeur et inédit témoignant des spectaculaires prouesses technologiques de SPHERE. « Les résultats de Keppler ouvrent une nouvelle fenêtre de compréhension sur les premières étapes de l’évolution planétaire » explique André Müller, chef de la seconde équipe chargée d’étudier la jeune planète. « Il nous était nécessaire d’observer une planète dans le disque d’une jeune étoile pour réellement comprendre les processus à l’origine de la formation planétaire ».

Sources : ESO (1 & 2)