Trouver des exoplanètes autour d’étoiles jeunes et proches de notre Terre, c’est le rêve des astronomes. Ils y voient l’opportunité d’étudier de près la formation et l’évolution de ce type de système planétaire. Et une telle opportunité se présente aujourd’hui à eux avec une naine rouge et sa planète de type Neptune.
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AU Microscopii est une étoile de la constellation australe du MicroscopeMicroscope. Bien que située à seulement 32 années-lumière de notre Terre, elle est invisible à l'œilœil nu. Elle est plus petite que notre Soleil. C'est ce que les astronomesastronomes appellent une naine rouge. Elle est âgée de moins de 30 millions d'années - soit 150 fois moins que notre Soleil. Et conserve autour d'elle un vaste disque de débris, reste de sa formation.
Depuis plus d'une décennie, les astronomes espéraient y trouver une exoplanète. C'est désormais chose faite. Les données transmises par le Transiting Exoplanet Survey SatelliteTransiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) et par le télescope spatial Spitzertélescope spatial Spitzer confirment la présence d'une Neptune géante - 58 fois plus massive que notre Terre et 8 % plus volumineuse que NeptuneNeptune - qui fait un tour de AU Microscopii en 8,5 jours. Une planète baptisée AU Mic b.
Le système offre aux astronomes une occasion unique d'étudier comment les planètes et leurs atmosphèresatmosphères se forment, évoluent et interagissent avec leurs étoiles. « Nous pensons que AU Mic b s'est formée loin de son étoile et a migré vers son orbiteorbite actuelle, ce qui peut se produire lorsque les planètes interagissent gravitationnellement avec un disque de gazgaz ou avec d'autres planètes », explique dans un communiqué, Thomas Barclay, chercheur associé au programme Tess au Goddard Space Flight CenterGoddard Space Flight Center (NasaNasa - États-Unis).
En apprendre plus sur la formation des planètes
Ce nouveau système apparaît très différent d'un autre, appartenant pourtant à une même association stellaire. Le système formé par Beta Pictoris et ses deux exoplanètes. L'étoile, déjà, est plus grande et plus chaude que AU Microscopii. Mais elle est aussi entourée d'un disque de débris. En revanche Beta Pictoris b et c sont au moins 50 fois plus massives que AU Mic b. Et elles prennent respectivement 21 et 3,3 ans pour faire le tour de leur étoile.
« L'orbite de Beta Pictoris b ne semble pas avoir migré. Les différences entre ces systèmes d'âge similaire peuvent nous en dire beaucoup sur la façon dont les planètes se forment et migrent », remarque Thomas Barclay.
“Un autre événement de transit a peut-être été vu dans les données”
Avant de conclure, les astronomes signalent qu'un autre événement de transit - c'est ainsi qu'ils appellent le passage, de notre point de vue, d'une planète devant son étoile - pourrait avoir été vu dans les données de Tess. Pour confirmer l'existence d'une deuxième exoplanète dans le système AU Mic, il faudra toutefois attendre de nouvelles observations, plus tard dans l'année.
De mystérieuses ondulations découvertes près de l'étoile AU Microscopii
En analysant des images acquises avec le VLT et Hubble, des astronomes ont pu étudier un disque de poussière situé autour d'une étoile proche appelée AU Microscopii. Ils y ont découvert des structures jusqu'alors inconnues. Semblables à des ondes animées d'un mouvementmouvement rapide, elles ne ressemblent en rien à ce qui a pu être observé ou envisagé jusqu'à présent. L'origine et la nature de ces structures offrent aux chercheurs un tout nouveau champ d'investigation.
Article de l'ESOESO paru le 08/10/2015
AU Microscopii (AU Mic) est une étoile jeune, située à 32 années-lumière de notre Système solaire. Elle est entourée d'un disque de poussière étendu constitué d'astéroïdesastéroïdes réduits en miettes par de violentes collisions. L'étude de semblables disques de débris est susceptible de compléter notre connaissance des processus de formation planétaire à partir de telles structures.
Les astronomes ont recherché le moindre signe de structure déformée ou grumeleuse - témoignant de la possible existence de planètes - dans le disque de AU Mic. À cette fin, ils ont utilisé, en 2014, l'instrument Sphere, nouvellement installé sur le VLT (Very Large TelescopeVery Large Telescope), au Chili. Aidés de ce puissant dispositif capable de discerner le moindre détail contrasté, ils ont alors fait une étrange découverte.
« Nos observations ont révélé quelque chose d'inattendu », rapporte Anthony Boccaletti, chercheur au Lesia (Observatoire de Paris, CNRS, UPMC, Paris-Diderot) et premier auteur de l'article publié dans l'édition du 8 octobre 2015 de la revue Nature. « Les images acquises par Sphere laissent apparaître un ensemble de structures inexpliquées au sein du disque. Elles arborent une forme arquée, ou ondulée, bien différente de ce qui a déjà été observé par le passé. »
Les ondulations dans le disque de poussière qui entoure l’étoile AU Microscopii sont visibles dans cette animation en accéléré créée à partir des images acquises par Hubble et le VLT avec Sphere. © Eso, Nasa, Esa
Des ondulations très rapides
Sur les nouvelles images figurent, telles des vaguesvagues à la surface de l'eau, cinq arches formant globalement une structure ondulante à différentes distances de l'étoile. Après les avoir repérées au moyen des données de Sphere, l'équipe a consulté d'anciennes images du disque acquises en 2010 et 2011 par le spectrographespectrographe imageur STIS d'Hubble. Il est ainsi apparu, non seulement que ces structures figuraient sur les images du télescope spatial, mais également qu'elles avaient changé au fil du temps. En fait, ces ondulations se déplacent à une vitessevitesse très élevée ! Mais observer le disque par la tranche complique l'interprétation de sa structure tridimensionnelle.
« Après avoir effectué un nouveau traitement des images issues des données d'Hubble, nous sommes parvenus à reconstituer les mouvements de ces étranges structures sur une période de quatre ans, précise Christian Thalmann (ETH Zurich, Suisse). Nous avons ainsi pu constater que les arches s'éloignaient de l'étoile à des vitesses pouvant atteindre les 40.000 km/h ! »
Les structures les plus éloignées de l'étoile semblent se mouvoir à vitesse plus élevée que les plus proches. Trois des structures au moins se déplacent si rapidement qu'elles pourraient bien échapper à l'attraction gravitationnelle de l'étoile. L'existence de vitesses si élevées exclut l'hypothèse selon laquelle ces structures résulteraient de perturbations causées sur le disque par des objets - telles des planètes - en orbite autour de l'étoile. Un élément inconnu, et véritablement inhabituel, doit être à l'origine de l'accélération de ces ondulations et de leur vitesse si élevée.
À la recherche d’explications du phénomène
« Cette découverte a apporté son lot de surprises, ajoute Carol Grady du Groupement scientifique Euréka. Et, parce que rien de tel n'a été observé ou prédit par la théorie par le passé, nous ne pouvons que spéculer sur l'occurrence et l'origine du phénomène observé ».
L'équipe ne peut affirmer avec certitude la cause de ces mystérieuses ondulations autour de l'étoile. Elle a toutefois envisagé et écarté un ensemble de phénomènes possibles tels que la collision de deux objets massifs et rares semblables à des astéroïdes libérant d'importantes quantités de poussière, ou bien encore des ondes spirales générées par des instabilités gravitationnelles à l'intérieur du système.
« Il est possible que l'étrange structure présente un lien avec les flambées de l'étoile. AU Mic est une étoile très active, d'importants et brusques sursautssursauts d'énergieénergie se produisent à sa surface ou à proximité directe, explique Glenn Schneider, de l'observatoire Steward, en Arizona, par ailleurs coauteur de l'étude. L'un de ces sursauts a pu déclencher quelque chose sur l'une des planètes - si planètes il y a -, à titre d'exemple, une violente expulsion de matièrematière qui se propagerait à présent au travers du disque, propulsé par l'intensité de l'éruption ».
« Sphere n'est que dans sa première année de fonctionnement et il est déjà capable d'étudier un tel disque. On ne peut donc que se réjouir de ce résultat des plus prometteurs qui confirme les grandes capacités de l'instrument », conclut Jean-Luc Beuzit, coauteur de ces recherches et coconcepteur de l'instrument.
L'équipe ambitionne de continuer à observer le système AU Mic au moyen de Sphere et d'autres instruments parmi lesquels Alma, afin de comprendre les processus à l'œuvre. Pour l'instant, ces étranges structures demeurent un véritable mystère.
