D’impressionnantes images révèlent la formation d’une exoplanète

À l’heure actuelle, plus de 4000 exoplanètes ont été détectées. Malgré ce catalogue relativement impressionnant, les planétologues en savent encore très peu sur le modèle de formation des exoplanètes. L’hypothèse consensuelle fait intervenir la formation d’un disque d’accrétion stellaire dans lequel les protoplanètes se forment. Cependant, les mécanismes exacts intervenant dans ce processus sont mal connus. Récemment, des images détaillées obtenues grâce au VLT ont permis d’observer la formation d’une bébé planète par l’identification de phénomènes de spiralisation et torsion dans le disque de l’étoile AB Aurigae.

Selon Anthony Boccaletti de l’Observatoire de Paris : « des milliers d’exoplanètes ont été identifiées jusqu’à présent, mais on sait peu de choses sur leur formation ». Les astrophysiciens savent que les planètes naissent dans des disques poussiéreux entourant les jeunes étoiles, comme AB Aurigae, alors que le gaz froid et la poussière se rassemblent. Les nouvelles observations avec le VLT de l’ESO, publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics, fournissent des indices cruciaux pour aider les chercheurs à mieux comprendre ce processus.

« Nous devons observer de très jeunes systèmes pour vraiment capturer le moment où les planètes se forment », explique Boccaletti. Mais jusqu’à présent, les astrophysiciens n’avaient pas été capables de prendre des images suffisamment nettes et profondes de ces jeunes disques pour trouver la « torsion » qui marque l’endroit où une bébé planète pourrait voir le jour.

Spirales et torsion dans le disque stellaire : des signes de formation planétaire

Les nouvelles images présentent une spirale de poussière et de gaz autour d’AB Aurigae, située à 520 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cocher. Des spirales de ce type signalent la présence de bébés planètes, qui « donnent un coup de pied » au gaz, créant « des perturbations dans le disque sous la forme d’une vague, un peu comme le sillage d’un bateau sur un lac », explique Emmanuel Di Folco du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux.

Alors que la planète tourne autour de l’étoile centrale, cette vague prend la forme d’un bras en spirale. La région de torsion jaune très brillante près du centre de la nouvelle image d’AB Aurigae, qui se trouve à environ la même distance de l’étoile que Neptune du Soleil, est l’un de ces sites de perturbation où l’équipe pense qu’une planète est en train de se former.

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Une observation progressivement affinée

Les observations du système AB Aurigae faites il y a quelques années avec le réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter (ALMA) ont fourni les premiers indices de la formation continue de la planète autour de l’étoile. Dans les images d’ALMA, les chercheurs ont repéré deux bras spiraux de gaz près de l’étoile, situés dans la région intérieure du disque. Puis, en 2019 et au début de 2020, Boccaletti et une équipe d’astronomes de France, de Taïwan, des États-Unis et de Belgique ont entrepris de capturer une image plus claire en tournant l’instrument SPHERE du VLT de l’ESO au Chili vers l’étoile. Les images SPHERE sont les images les plus profondes du système AB Aurigae obtenues à ce jour.

Grâce au puissant système d’imagerie de SPHERE, les astronomes pouvaient voir la lumière plus faible des petits grains de poussière et des émissions provenant du disque intérieur. Ils ont confirmé la présence des bras spiraux détectés pour la première fois par ALMA et ont également repéré une autre caractéristique remarquable, une « torsion », qui indique la présence d’une formation continue de planète dans le disque.

« La torsion est attendue dans certains modèles théoriques de formation planétaire. Cela correspond à la connexion de deux spirales – l’une s’enroulant vers l’intérieur de l’orbite de la planète, l’autre s’étendant vers l’extérieur – qui se rejoignent à l’emplacement de la planète. Elles permettent au gaz et à la poussière du disque de s’accumuler sur la planète en formation et de la faire grandir », explique Anne Dutrey, du LAB.

Sources : Astronomy & Astrophysics