La naissance d’une planète géante

C’est la première fois que ce phénomène est observé. Des astronomes ont utilisé le réseau d’antennes millimétriques ALMA pour étudier une jeune étoile, HD 142527.

HD142527 EST SITUÉE à 450 années-lumières de la Terre, environnée d'un disque de gaz et de poussières cosmiques qui sont les résidus du nuage dont cette étoile est issue. Une équipe internationale d’astronomes a braqué dessus le réseau d’antennes millimétrique/submillimétrique d’Atacam (ALMA) et a pu constater d’importants écoulements de gaz dans un espace vide entre deux disques de matières autour de l’étoile. Il s’agit d’un moment-clef qui n’avait jamais pu être observé directement : celui de la naissance d’une planète géante. Les astronomes dévoilent leur découverte dans le numéro de Nature paru le 2 janvier 2013.

Le phénomène ne donnait jusque là lieu qu’à la théorie selon laquelle « les planètes géantes grossissent en absorbant le gaz du disque externe par des écoulements qui forment des ponts au travers de l'espace vide du disque », indique un communiqué publié par l’Observatoire européen austral (ESO).

L’existence d’un espace vide entre deux disques de poussières était connue, mais pas la présence de gaz diffus, ni les écoulements de gaz plus denses (les astronomes en ont constaté deux).

« Nous pensons qu'il y a une planète géante cachée là et qu'elle est la cause de ces deux écoulements. Les planètes grossissent en absorbant le gaz du disque externe, mais elles mangent vraiment comme des sagouins : le reste du gaz déborde et alimente le disque interne autour de l'étoile », précise dans le communiqué de l’ESO Sebastián Pérez, l’un des astronomes de l'équipe, issu de l'Universidad de Chile.

Les observations d’ALMA sont plus détaillées que celles réalisées jusque là par d’autres téléscopes, notamment parce que la lumière éblouissante de l’étoile ne pose pas de problème.

Pour la première fois, des astronomes utilisant le grand réseau d’antennes dans les domaines millimétrique et submillimétrique Alma ont pu observer un moment clé de la naissance des exoplanètes géantes. Ils ont concentré leurs observations sur une étoile à 450 années-lumière de nous.

Une équipe internationale d'astronomes a étudié la jeune étoile HD 142527, située à plus de 450 années-lumière de la Terre, grâce au télescope Alma (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array). Il s’agit des premières observations directes d'importants écoulements de gaz à travers un espace vide dans le disque de matière qui entoure une jeune étoile.

De tels écoulements sont supposés être engendrés par l’alimentation en gaz des planètes géantes au cours de leur croissance. Le résultat de ces observations est publié dans l’édition du 2 janvier 2013 de la revue Nature.

HD 142527 est entourée d'un disque de gaz et de poussière cosmique, restes du nuage à partir duquel cette étoile s'est formée. Le disque de poussière est divisé en une partie interne et une partie externe. Elles sont séparées par un espace vide que l'on suppose avoir été creusé par des planètes géantes gazeuses récemment formées, nettoyant leur orbite au cours de leur révolution autour de l'étoile.

Le disque interne s'étend de l'étoile jusqu'à une distance correspondant à l'orbite de Saturne dans le Système solaire, alors que le disque externe commence environ 14 fois plus loin. Le disque externe n'entoure pas l'étoile de manière uniforme : il a plutôt une forme de fer à cheval, probablement à cause de l'effet gravitationnel des planètes géantes en orbite.

Selon la théorie, les planètes géantes grossissent en absorbant le gaz du disque externe par des écoulements qui forment des ponts au travers de l'espace vide du disque.

« Les astronomes avaient prédit l'existence de ces écoulements, mais c'est la première fois que nous avons pu les observer », explique Simon Casassus (Universidad de Chile, Chili), responsable de cette nouvelle étude. « Grâce au nouveau télescope Alma, nous avons été capables de réaliser des observations directes confirmant les théories en vigueur sur la formation des planètes ! »

Simon Casassus et son équipe ont utilisé Alma pour regarder le gaz et la poussière cosmiques autour de l'étoile, les observant de manière plus détaillée et à plus grande proximité de l'étoile qu’il était possible de le faire avec les précédents télescopes de ce type. Les observations d'Alma dans les longueurs d'onde submillimétriques sont également insensibles à la lumière éblouissante de l'étoile qui pose problème aux télescopes observant dans le visible ou l'infrarouge. L'espace vide dans le disque de poussière était déjà connu, mais les chercheurs ont également découvert du gaz diffus subsistant dans cet espace, et deux écoulements plus denses de gaz du disque externe vers le disque interne en traversant cet espace.

« Nous pensons qu'il y a une planète géante cachée là et qu'elle est la cause de ces deux écoulements. Les planètes grossissent en absorbant le gaz du disque externe, mais elles mangent vraiment comme des cochons : le reste du gaz déborde et alimente le disque interne autour de l'étoile », précise Sebastián Pérez, un membre de l'équipe qui fait aussi partie de l'Universidad de Chile.

Ces observations permettent également de résoudre un autre mystère à propos du disque qui entoure HD 142527. L'étoile centrale étant encore en formation et absorbant de la matière dans le disque interne, ce dernier aurait déjà dû être englouti s'il n'était pas réalimenté d'une manière ou d'une autre. L'équipe a découvert que la vitesse à laquelle le reste de gaz s'écoule dans le disque interne est idéale pour le maintenir rempli et pour alimenter l'étoile en train de grossir.

La détection du gaz diffus dans le trou constitue également une première. « Les astronomes ont observé ce gaz depuis longtemps, mais jusqu'à présent, nous n'avions que des signes indirects de son existence. Maintenant, avec Alma, nous pouvons le voir directement », explique Gerrit van der Plas, un autre membre de l'équipe de l'Universidad de Chile.

Ce gaz résiduel est plus une preuve que les écoulements sont causés par les planètes géantes plutôt que par des objets encore plus gros comme une étoile compagne. « Une seconde étoile aurait bien plus nettoyé cet espace vide, ne laissant aucun gaz résiduel. En étudiant la quantité restante de gaz, nous devrions pouvoir déterminer la masse des objets qui font le ménage », ajoute Sebastian Perez, également membre de l'équipe.

Et qu'en est-il des planètes elles-mêmes ? Simon Casassus explique que l'équipe ne les ait pas détectées directement. « Nous avons cherché les planètes avec des instruments infrarouges à la pointe de la technologie sur d'autres télescopes. Toutefois, nous supposons que ces planètes en formation sont toujours profondément enfouies dans les écoulements de gaz, qui sont presque opaques. Par conséquent, il n'y a que peu de chance de repérer ces planètes directement. »

Cependant, les astronomes cherchent à en savoir plus sur ces supposées planètes en étudiant les écoulements de gaz ainsi que le gaz diffus. Le télescope Alma est toujours en construction et n'a pas encore atteint ses pleines capacités. Quand il sera terminé, sa vision sera encore plus fine et de nouvelles observations des écoulements devraient permettre à cette équipe de déterminer les propriétés des planètes, y compris leur masse.