Hubble suit le jeu d’ombres autour d’un disque de formation de planètes

En 2017, des astronomes ont rapporté avoir découvert une ombre balayant la face d’un vaste disque de gaz et de poussière en forme de crêpe entourant l’étoile naine rouge. L’ombre ne vient pas d’une planète, mais d’un disque intérieur légèrement incliné par rapport au disque extérieur beaucoup plus grand, ce qui lui fait projeter une ombre. Une explication est que la gravité d’une planète invisible attire la poussière et le gaz dans l’orbite inclinée de la planète.

Maintenant, une deuxième ombre – jouant à un jeu de cache-cache – est apparue en quelques années seulement entre les observations stockées dans les archives MAST de Hubble. Cela pourrait provenir d’un autre disque niché à l’intérieur du système. Les deux disques sont probablement la preuve d’une paire de planètes en construction.

TW Hydrae a moins de 10 millions d’années et réside à environ 200 années-lumière. À ses débuts, notre système solaire ressemblait peut-être au système TW Hydrae, il y a environ 4,6 milliards d’années. Parce que le système TW Hydrae est incliné presque face à notre vue depuis la Terre, c’est une cible optimale pour obtenir une vue à vol d’oiseau d’un chantier de construction planétaire.

La deuxième ombre a été découverte dans des observations obtenues le 6 juin 2021, dans le cadre d’un programme pluriannuel conçu pour suivre les ombres dans les disques circumstellaires. John Debes de AURA/STScI pour l’Agence spatiale européenne au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland, a comparé le disque TW Hydrae aux observations de Hubble faites il y a plusieurs années.

“Nous avons découvert que l’ombre avait fait quelque chose de complètement différent”, a déclaré Debes, chercheur principal et auteur principal de l’étude publiée dans Le Journal Astrophysique. “Quand j’ai regardé les données pour la première fois, j’ai pensé que quelque chose n’allait pas avec l’observation parce que ce n’était pas ce à quoi je m’attendais. J’étais déconcerté au début, et tous mes collaborateurs se disaient : que se passe-t-il ? nous gratter la tête et il nous a fallu un certain temps pour trouver une explication.”

La meilleure solution que l’équipe a trouvée est qu’il y a deux disques mal alignés qui projettent des ombres. Ils étaient si proches l’un de l’autre lors de l’observation précédente qu’ils ont été manqués. Au fil du temps, ils se sont maintenant séparés et divisés en deux ombres. “Nous n’avons jamais vraiment vu cela auparavant sur un disque protoplanétaire. Cela rend le système beaucoup plus complexe que nous ne le pensions à l’origine”, a-t-il déclaré.

L’explication la plus simple est que les disques mal alignés sont probablement causés par l’attraction gravitationnelle de deux planètes dans des plans orbitaux légèrement différents. Hubble est en train de reconstituer une vue holistique de l’architecture du système.

Les disques peuvent être des proxys pour les planètes qui se chevauchent lorsqu’elles tournent autour de l’étoile. C’est un peu comme faire tourner deux disques vinyles à des vitesses légèrement différentes. Parfois, les étiquettes correspondent, mais l’une devance l’autre.

“Cela suggère que les deux planètes doivent être assez proches l’une de l’autre. Si l’une se déplaçait beaucoup plus vite que l’autre, cela aurait été remarqué dans des observations antérieures. C’est comme deux voitures de course proches l’une de l’autre, mais l’une dépasse lentement et chevauche l’autre”, a déclaré Debes.

Les planètes suspectes sont situées dans une région à peu près à la distance de Jupiter à notre Soleil. Et, les ombres complètent une rotation autour de l’étoile environ tous les 15 ans – la période orbitale qui serait attendue à cette distance de l’étoile.

Aussi, ces deux disques intérieurs sont inclinés d’environ cinq à sept degrés par rapport au plan du disque extérieur. Ceci est comparable à la gamme d’inclinaisons orbitales à l’intérieur de notre système solaire. “Cela correspond parfaitement à l’architecture typique du système solaire”, a déclaré Debes.

Le disque externe sur lequel les ombres tombent peut s’étendre jusqu’à plusieurs fois le rayon de la ceinture de Kuiper de notre système solaire. Ce disque plus grand a un espace curieux à deux fois la distance moyenne de Pluton au Soleil. Cela pourrait être la preuve d’une troisième planète dans le système.

Toutes les planètes intérieures seraient difficiles à détecter car leur lumière serait perdue dans l’éclat de l’étoile. De plus, la poussière dans le système atténuerait leur lumière réfléchie. L’observatoire spatial Gaia de l’ESA pourrait être en mesure de mesurer une oscillation de l’étoile si des planètes de la masse de Jupiter tirent dessus, mais cela prendrait des années compte tenu des longues périodes orbitales.

Les données TW Hydrae proviennent du spectrographe d’imagerie du télescope spatial Hubble. La vision infrarouge du télescope spatial James Webb peut également être en mesure de montrer les ombres plus en détail.

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités pour la recherche en astronomie, à Washington, DC