De nouvelles preuves d’un bébé planète en devenir


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  • Les astronomes s’accordent à dire que les planètes naissent dans des disques protoplanétaires – des anneaux de poussière et de gaz qui entourent les jeunes étoiles naissantes. Alors que des centaines de ces disques ont été repérés dans tout l’univers, les observations de la naissance et de la formation planétaires réelles se sont avérées difficiles dans ces environnements.

    Maintenant, les astronomes du Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian ont développé une nouvelle façon de détecter ces planètes nouveau-nées insaisissables – et avec elle, la preuve « fumée » d’une petite planète de type Neptune ou Saturne cachée dans un disque. Les résultats sont décrits aujourd’hui dans Les lettres du journal astrophysique.

    « La détection directe de jeunes planètes est très difficile et n’a jusqu’à présent réussi que dans un ou deux cas », explique Feng Long, postdoctorant au Centre d’astrophysique qui a dirigé la nouvelle étude. « Les planètes sont toujours trop faibles pour que nous puissions les voir car elles sont noyées dans d’épaisses couches de gaz et de poussière. »

    Les scientifiques doivent plutôt rechercher des indices pour déduire qu’une planète se développe sous la poussière.

    « Au cours des dernières années, nous avons vu apparaître de nombreuses structures sur des disques qui, selon nous, sont causées par la présence d’une planète, mais cela pourrait aussi être causé par autre chose », déclare Long. « Nous avons besoin de nouvelles techniques pour observer et soutenir qu’une planète est là. »

    Pour son étude, Long a décidé de réexaminer un disque protoplanétaire connu sous le nom de LkCa 15. Situé à 518 années-lumière, le disque se trouve dans la constellation du Taureau dans le ciel. Les scientifiques ont précédemment rapporté des preuves de la formation de planètes dans le disque en utilisant des observations avec l’observatoire ALMA.

    Long a plongé dans de nouvelles données ALMA haute résolution sur LkCa 15, obtenues principalement en 2019, et a découvert deux caractéristiques faibles qui n’avaient pas été détectées auparavant.

    À environ 42 unités astronomiques de l’étoile – soit 42 fois la distance entre la Terre et le Soleil – Long a découvert un anneau poussiéreux avec deux grappes de matériaux distinctes et brillantes en orbite à l’intérieur. Le matériau a pris la forme d’une petite touffe et d’un arc plus grand, et était séparé de 120 degrés.

    Long a examiné le scénario avec des modèles informatiques pour déterminer ce qui provoquait l’accumulation de matériaux et a appris que leur taille et leur emplacement correspondaient au modèle de présence d’une planète.

    « Cet arc et cette touffe sont séparés d’environ 120 degrés », dit-elle. « Ce degré de séparation ne se produit pas simplement – c’est mathématiquement important. »

    Points longs vers des positions dans l’espace connues sous le nom de points de Lagrange, où deux corps en mouvement – comme une étoile et une planète en orbite – produisent des régions d’attraction améliorées autour d’eux où la matière peut s’accumuler.

    « Nous constatons que ce matériau ne se contente pas de flotter librement, il est stable et a une préférence où il veut être situé en fonction de la physique et des objets impliqués », explique Long.

    Dans ce cas, l’arc et l’amas de matériau Long détectés sont situés au L4 et moi5 points de Lagrange. Caché à 60 degrés entre eux se trouve une petite planète provoquant l’accumulation de poussière aux points L4 et moi5.

    Les résultats montrent que la planète a à peu près la taille de Neptune ou de Saturne et qu’elle est âgée d’environ un à trois millions d’années. (C’est relativement jeune quand il s’agit de planètes.)

    L’imagerie directe de la petite planète nouveau-née pourrait ne pas être possible de sitôt en raison de contraintes technologiques, mais Long pense que d’autres observations ALMA de LkCa 15 peuvent fournir des preuves supplémentaires à l’appui de sa découverte planétaire.

    Elle espère également que sa nouvelle approche pour détecter les planètes – avec des matériaux s’accumulant préférentiellement aux points de Lagrange – sera utilisée à l’avenir par les astronomes.

    « J’espère que cette méthode pourra être largement adoptée à l’avenir », dit-elle. « La seule mise en garde est que cela nécessite des données très profondes car le signal est faible. »

    Long a récemment terminé sa bourse postdoctorale au Center for Astrophysics et rejoindra l’Université de l’Arizona en tant que boursière Hubble de la NASA en septembre.

    Les co-auteurs de l’étude sont Sean Andrews, Chunhua Qi, David Wilner et Karin Oberg du CfA ; Shangjia Zhang et Zhaohuan Zhu de l’Université du Nevada ; Myriam Benisty de l’Université de Grenoble ; Stefano Facchini de l’Université de Milan ; Andrea Isella de l’Université Rice; Jaehan Bae de l’Université de Floride ; Jane Huang de l’Université du Michigan et Ryan Loomis de l’Observatoire national de radioastronomie.

    L’équipe a utilisé des observations ALMA haute résolution prises avec des récepteurs de bande 6 (1,3 mm) et de bande 7 (0,88 mm).

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