Lors de la recherche de planètes extra-solaires, les astronomes s'appuient le plus souvent sur un certain nombre de techniques indirectes. Parmi celles-ci, la méthode de transit (alias. Photométrie de transit) et la méthode de vitesse radiale (alias. Spectroscopie Doppler) sont les deux les plus efficaces et les plus fiables (surtout lorsqu'elles sont utilisées en combinaison). Malheureusement, l'imagerie directe est rare car il est très difficile de repérer une faible exoplanète au milieu des reflets de son étoile hôte.
Cependant, les améliorations des interféromètres radio et de l'imagerie dans le proche infrarouge ont permis aux astronomes d'imager des disques protoplanétaires et de déduire les orbites des exoplanètes. En utilisant cette méthode, une équipe internationale d'astronomes a récemment capturé des images d'un système planétaire nouvellement formé. En étudiant les lacunes et les structures annulaires de ce système, l'équipe a pu émettre l'hypothèse de la taille possible d'une exoplanète.
L'étude, intitulée «Anneaux et lacunes dans le disque autour d'Elias 24 révélés par ALMA», a récemment paru dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. L'équipe était dirigée par Giovanni Dipierro, un astrophysicien de l'Université de Leicester, et comprenait des membres du Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), du Joint ALMA Observatory, du National Radio Astronomy Observatory, du Max-Planck Institute for Astronomy, et plusieurs universités et instituts de recherche.
Dans le passé, des anneaux de poussière ont été identifiés dans de nombreux systèmes protoplanétaires, et leurs origines et leur relation avec la formation planétaire font l'objet de nombreux débats. D'une part, ils peuvent être le résultat d'un amoncellement de poussière dans certaines régions, d'instabilités gravitationnelles, voire de variations des propriétés optiques de la poussière. Alternativement, ils pourraient être le résultat de planètes qui se sont déjà développées, ce qui provoque la dissipation de la poussière lors de son passage.
Comme l'expliquaient Dipierro et ses collègues dans leur étude:
«Le scénario alternatif invoque des disques qui sont dynamiquement actifs, dans lesquels les planètes se sont déjà formées ou sont en train de se former. Une planète encastrée excitera les ondes de densité dans le disque environnant, qui déposeront ensuite leur moment angulaire au fur et à mesure qu'elles se dissiperont. Si la planète est suffisamment massive, l'échange de moment angulaire entre les ondes créées par la planète et le disque entraîne la formation d'une ou de plusieurs lacunes, dont les caractéristiques morphologiques sont étroitement liées aux conditions locales du disque et aux propriétés de la planète. »
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a utilisé les données des observations du cycle 2 du réseau Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array (ALMA) - qui ont commencé en juin 2014. Ce faisant, elles ont pu imaginer la poussière autour d'Elias 24. avec une résolution d'environ 28 UA (soit 28 fois la distance entre la Terre et le Soleil). Ce qu'ils ont trouvé était la preuve de lacunes et d'anneaux qui pourraient être une indication d'une planète en orbite.
À partir de cela, ils ont construit un modèle du système qui tenait compte de la masse et de l'emplacement de cette planète potentielle et de la façon dont la distribution et la densité de la poussière la feraient évoluer. Comme ils l'indiquent dans leur étude, leur modèle reproduit assez bien les observations de l'anneau de poussière et prédit la présence d'une géante gazeuse de type Jupiter d'ici quarante-quatre mille ans:
«Nous constatons que l'émission de poussière à travers le disque est compatible avec la présence d'une planète intégrée avec une masse de 0,7? MJ à un rayon orbital de? 60? Au… La carte de la luminosité de surface de notre modèle de disque offre une correspondance raisonnable avec les structures en forme d'anneaux et d'anneaux observées dans Elias 24, avec un écart moyen de 5% pour cent des flux observés autour de la région de l'écart. "
Ces résultats renforcent la conclusion que les lacunes et les anneaux qui ont été observés dans une grande variété de jeunes disques circumstellaires indiquent la présence de planètes en orbite. Comme l'équipe l'a indiqué, cela est cohérent avec d'autres observations de disques protoplanétaires et pourrait aider à faire la lumière sur le processus de formation planétaire.
"L'image qui se dégage des récentes observations haute résolution et haute sensibilité des disques protoplanétaires est que les caractéristiques des trous et des anneaux sont répandues dans une large gamme de disques de masses et d'âges différents", concluent-ils. «De nouvelles images ALMA haute résolution et haute fidélité des émissions thermiques de poussière et des émissions de CO et des données de diffusion de haute qualité seront utiles pour trouver d'autres preuves des mécanismes derrière leur formation.»
L'un des défis les plus difficiles à relever pour étudier la formation et l'évolution des planètes est le fait que les astronomes sont traditionnellement incapables de voir les processus en action. Mais grâce aux améliorations des instruments et à la capacité d'étudier les systèmes d'étoiles extra-solaires, les astronomes ont pu voir les systèmes à différents points du processus de formation.
Cela nous aide à affiner nos théories sur la façon dont le système solaire a vu le jour et peut un jour nous permettre de prédire exactement quels types de systèmes peuvent se former dans les systèmes de jeunes étoiles.
