Pour trouver une planète, recherchez les signatures de la formation des planètes —


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  • Trouver des planètes en formation est une tâche difficile mais importante pour les astronomes : seules trois planètes ont été découvertes en train de se former, et la plus récente d’entre elles a été découverte il y a quelques semaines à peine.

    Evan Rich, chercheur postdoctoral à l’Université du Michigan, suggère qu’au lieu de rechercher la formation de planètes individuelles, les astronomes pourraient avoir plus de chance en recherchant les environnements probables dans lesquels elles se forment.

    Ce faisant, Rich et une équipe d’astronomes ont découvert que les systèmes avec des étoiles de moins de trois masses solaires sont plus susceptibles d’avoir de grands anneaux composés de minuscules grains de poussière, d’une taille d’environ un micron – des indications potentielles de la formation de planètes – que des étoiles plus grosses et ont peut-être découvert une nouvelle planète autour d’une très jeune étoile.

    Rich présentera ses découvertes, rassemblées dans le premier document de synthèse produit à partir d’une enquête appelée Gemini-Large Imaging avec GPI Herbig/T-tauri Survey, ou Gemini-LIGHTS, lors de la réunion annuelle de l’American Astronomical Society ce mois-ci. Son étude a également été acceptée pour publication dans le Revue Astronomique.

    « Il s’avère que trouver ces planètes en particulier est très, très difficile », a déclaré Rich. « Nous adoptons donc la stratégie de regarder réellement le matériau lui-même plutôt que pour la planète.

    « Quel est l’environnement de formation des planètes ? Quelle est la dynamique ? Comment font-elles la différence entre une étoile de très faible masse et une étoile de très grande masse ? est de se demander comment tous ces paramètres affectent la formation des planètes. »

    Rich et son équipe de recherche ont utilisé le télescope Gemini South au Chili pour observer des étoiles plus massives que le soleil afin d’étudier en quoi la formation des planètes ici pourrait être différente. Plus précisément, l’équipe a utilisé le Gemini Planet Imager pour visualiser les objets en lumière infrarouge, ou une lumière légèrement plus rouge que ce que nos yeux peuvent voir. Les astronomes ont également regardé ces étoiles en lumière polarisée afin de rechercher des matériaux sombres tels que de la poussière à côté des étoiles elles-mêmes.

    « Le matériau que nous observons est parfois un million de fois plus sombre que l’étoile elle-même, et l’utilisation de ces processus nous permet de voir ce matériau sombre autour d’étoiles très brillantes », a déclaré Rich. « Ce qui se passe, c’est que la lumière de l’étoile se disperse sur la poussière, comme lorsque la lumière du soleil se reflète sur la surface d’un étang. »

    Ce que vous voyez se refléter sur la surface d’un étang est une lumière non polarisée, ce qui signifie que ses ondes lumineuses vibrent dans toutes les directions. La polarisation de la lumière aligne ses vibrations sur un seul plan. De même, lorsque la lumière des étoiles se disperse sur les grains de poussière en orbite autour des étoiles, les astronomes peuvent faire la distinction entre la lumière non polarisée de l’étoile et la lumière non polarisée de la poussière, et peuvent leur permettre d’observer les grains de poussière dans ce disque protoplanétaire.

    « D’une certaine manière, c’est comme utiliser des lunettes de soleil polarisées mais au lieu d’utiliser les lunettes pour supprimer la lumière diffusée, nous l’utilisons pour l’améliorer », a déclaré le co-auteur John Monnier, professeur d’astronomie à l’UM.

    Les astronomes ont imagé 44 cibles et détecté une certaine forme de poussière autour de 80 % d’entre elles. L’équipe a publié une galerie montrant une gamme de morphologies différentes qui renseignent les chercheurs sur la dynamique qui se produit au sein du disque lui-même.

    « C’est vraiment incroyable que nous soyons à un point en ce moment dans l’astronomie où non seulement nous sommes capables d’obtenir des images de disques de formation de planètes autour de jeunes étoiles, mais nous pouvons remplir des galeries entières pour trier et étudier, reconstruire des histoires d’origine planétaire », a déclaré Alicia Aarnio, professeure adjointe de physique et d’astronomie à l’Université de Caroline du Nord-Greensboro, qui a dirigé la sélection des cibles.

    « La théorie est que lorsque les planètes se forment, elles forment des cernes d’arbres presque parfaits sortant du soleil », a déclaré Rich. « Nous pensons que si vous voyez des anneaux et des trous dans le disque de poussière, il pourrait y avoir des planètes. »

    L’équipe a découvert jusqu’à présent que seuls les systèmes avec des étoiles de moins de trois masses solaires ont ces anneaux. Les étoiles au-dessus des masses solaires ne semblent pas avoir les mêmes anneaux, et puisque ces anneaux sont une signature potentielle de la formation des planètes, cela pourrait être un bon indicateur de l’endroit et de la façon dont les planètes se forment.

    Les chercheurs ont également vu un motif dans les étoiles sans poussière.

    « Il était surprenant de voir que la présence même d’un petit compagnon à une étoile hôte, comme une naine brune, réduisait considérablement les signes de formation planétaire en cours », a déclaré Monnier.

    Cette découverte renforce l’idée que les étoiles binaires proches semblent former des planètes moins souvent que les étoiles uniques, un résultat initialement proposé pour expliquer les données du télescope spatial Kepler.

    L’équipe a trouvé une foule d’objets en orbite autour des étoiles, dont trois naines brunes et un candidat compagnon de masse planétaire juste à l’extérieur d’un système de disque de formation de planètes, appelé V1295 Aql. Cet objet semble avoir environ 13 fois la masse de Jupiter, ce qui le place à la frontière entre ce qui est considéré comme une planète et ce qui est considéré comme une étoile naine brune. Si de futures observations confirment son orbite, ce serait l’une des rares exoplanètes connues autour d’étoiles massives.

    « Les anneaux de poussière, les lacunes et les bras en spirale vus par Gemini nous disent comment et quand les planètes se forment en temps réel. Avec des simulations plus précises et de nouveaux télescopes comme le télescope spatial James Webb et le télescope extrêmement grand, nous nous concentrons sur le ingrédients clés pour comprendre comment notre système solaire a vu le jour », a déclaré Jaehan Bae, théoricien de la formation des planètes et ancien boursier postdoctoral et titulaire d’un doctorat. étudiant à l’UM, qui est maintenant professeur adjoint d’astronomie à l’Université de Floride.

    Les observations de l’équipe de recherche ont été faites à l’Observatoire international Gemini, un programme du NOIRLab de la National Science Foundation.

    Rich et Monnier reconnaissent le soutien de la National Science Foundation Division of Astronomical Sciences (NSF AST) 1830728. Le co-auteur Aarnio reconnaît le soutien de la NSF AST-1311698. Le co-auteur Stefan Kraus, professeur d’astrophysique à l’Université d’Exeter et ancien chercheur à l’UM, reconnaît le soutien d’une subvention Consolidator du Conseil européen de la recherche, accord ID 101003096.

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