À 370 années-lumière de nous, un système solaire fabrique des bébés planètes. L'étoile au centre de tout cela est jeune, seulement environ 6 millions d'années. Et ses bébés sont deux énormes planètes, probablement toutes deux des géantes gazeuses, qui se nourrissent de matière gazeuse du disque circumsolaire de l'étoile.
L'étoile hôte de ce système s'appelle PDS 70. PDS 70 est un peu plus petit et moins massif que notre Soleil, et est toujours en train d'accréter de la matière. Cette jeune star est une star de T Tauri, ce qui signifie essentiellement qu'elle est très jeune et qu'elle débute dans la vie. Parce qu'elle est si jeune, les planètes sont encore en train de se former en orbite autour d'elle. Et voir des planètes naissantes encore en formation est quelque chose que les astronomes commencent à peine à faire.
«Il s'agit de la première détection sans ambiguïté d'un système à deux planètes creusant un espace disque.»
Julien Girard, Space Telescope Science Institute.
Ce qui rend les images de ces jeunes planètes encore en formation intéressantes, c'est qu'elles sont la preuve de notre théorie de longue date sur la formation des planètes dans les jeunes systèmes solaires. Cette théorie est appelée l'hypothèse nébulaire et elle existe depuis des décennies, mais sans les preuves observationnelles pour la soutenir.
L'hypothèse nébulaire
Les étoiles se forment à partir de nuages massifs composés principalement d'hydrogène appelés nuages moléculaires. Les nuages moléculaires sont instables par gravité et le gaz a tendance à s'agglutiner. Finalement, l'un de ces amas commence à faire boule de neige et grossit de plus en plus. Ce faisant, le nuage s'aplatit comme une crêpe et commence à tourner, et lorsque la touffe centrale devient suffisamment dense, elle s'enflamme en une fusion et une étoile est née. De nombreuses étoiles se trouvent dans des systèmes binaires, lorsque deux étoiles se forment à partir du nuage moléculaire.
Mais l'étoile au centre n'est pas la seule touffe. D'autres amas plus petits se forment dans le gaz en rotation et peuvent se transformer en planètes. Certaines des planètes gazeuses, comme Jupiter et Saturne dans notre propre système solaire, peuvent devenir très grandes. (Les astronomes se réfèrent parfois à Jupiter et à Saturne comme des "étoiles ratées" parce qu'ils étaient en passe de devenir des étoiles mais ne pouvaient pas vraiment y arriver.)
Si vous pouviez y geler le processus, vous verriez une jeune étoile au centre d'un nuage de gaz plat et rotatif. Mais dans le gaz, vous verriez des lacunes en forme d'anneau, où les planètes sont occupées à balayer la matière et à devenir, enfin, des planètes. Ce processus s'appelle l'accrétion. Et ce n'est plus un nuage moléculaire, maintenant on l'appelle un "disque protoplanétaire", car c'est une forme de disque et des proto-planètes s'y forment.
Et c'est exactement ce que les astronomes voient.
Voir les planètes réelles
Ce qui est cool avec ces nouvelles images, c'est que non seulement nous pouvons voir les lacunes et les anneaux qui signalent la présence d'une planète, mais nous pouvons voir les planètes elles-mêmes. Et ce n'est que la deuxième fois que nous voyons avec certitude un système à deux planètes faire des lacunes dans le disque. (Un système à quatre planètes appelé HR 8799 a été imagé en 2008.)
"Nous avons été très surpris lorsque nous avons trouvé la deuxième planète."
Sebastiaan Haffert, auteur principal, Observatoire de Leiden.
«Il s'agit de la première détection sans ambiguïté d'un système à deux planètes creusant un espace disque», a déclaré Julien Girard du Space Telescope Science Institute à Baltimore, Maryland.
Dans cette nouvelle étude, publiée dans le numéro du 3 juin de Nature Astronomy, l'équipe d'astronomes a utilisé le spectrographe MUSE sur le Very Large Telescope (VLT.) De l'Observatoire européen austral.
Voir à l'intérieur d'un disque protoplanétaire est une tâche difficile. Non seulement l'étoile est vraiment brillante, dominant l'image, mais tout le gaz et la poussière du disque peuvent bloquer la lumière provenant des planètes en formation. L'instrument MUSE a le pouvoir de se verrouiller en quelque sorte sur la lumière émise par l'hydrogène dans le nuage, qui est un signe d'accumulation d'hydrogène dans les planètes encore en formation.
"Nous avons été très surpris lorsque nous avons trouvé la deuxième planète", a déclaré Sebastiaan Haffert de l'Observatoire de Leiden, auteur principal du document.
«Avec des installations comme ALMA, Hubble ou de grands télescopes optiques au sol avec optique adaptative, nous voyons des disques avec des anneaux et des espaces partout. La question ouverte a été: y a-t-il des planètes là-bas? Dans ce cas, la réponse est oui », a expliqué Girard.
L'équipe a repéré une planète appelée PDS 70c. (Une autre planète du même système, appelée PDS 70b, a été repérée pour la première fois il y a environ un an.)
La nouvelle planète, PDS 70c, se trouve près du bord extérieur du disque et à environ 3,3 milliards de kilomètres de l'étoile. C'est à peu près la même distance que Neptune du Soleil. Les astronomes n'ont que des estimations préliminaires de la masse de la planète, mais ils estiment que le PDS 70c est entre 1 à 10 fois plus massif que Jupiter.
La planète découverte précédemment, PDS 70b, est à environ 2 milliards de miles de l'étoile, à peu près la même qu'Uranus dans notre système solaire. Sa masse est comprise entre 4 et 17 fois la masse de Jupiter.
Maintenant nous attendons. Pour le télescope James Webb
Obtenir des images de ces jeunes exoplanètes est une sorte d'accident heureux pour le spectrographe MUSE. L'instrument a été initialement développé pour étudier les galaxies et les amas d'étoiles. Mais en fin de compte, il est bon pour repérer les exoplanètes en train de se former. Et cet accident a aidé à déplacer l'hypothèse nébulaire de l'hypothèse à la théorie acceptée.
«Ce nouveau mode d'observation a été développé pour étudier les galaxies et les amas d'étoiles à une résolution spatiale plus élevée. Mais ce nouveau mode le rend également adapté à l'imagerie des exoplanètes, qui n'était pas le pilote scientifique d'origine de l'instrument MUSE », a déclaré Haffert.
À l'avenir, (l'avenir qui ne cesse de se retarder), le télescope spatial James Webb (JWST) fera progresser l'étude des jeunes planètes se formant dans ces disques. Une fois l'interminable attente de ce télescope spatial avancé terminée, sa puissance devrait permettre aux astronomes de se concentrer sur des longueurs d'onde très spécifiques de la lumière émise par l'accrétion d'hydrogène.
Cela signifie que les scientifiques pourront mesurer la température de l'hydrogène gazeux dans le disque, ainsi que sa densité. Connaître ces deux choses nous aidera à vraiment comprendre comment se forment les planètes géantes gazeuses.
Mais pour l'instant, au moins nous avons des images des planètes, et lorsque les astronomes regardent dans la galaxie et voient ces jeunes systèmes d'étoiles, et les lacunes dans les disques, ils peuvent être convaincus qu'il y a effectivement des planètes là-bas.
