Alma assiste à la naissance d'une exoplanète géante !

Une équipe internationale d'astronomesastronomes a étudié la jeune étoile HD 142527, située à plus de 450 années-lumière de la Terre, grâce au télescope Alma (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array). Il s'agit des premières observations directes d'importants écoulements de gaz à travers un espace vide dans le disque de matière qui entoure une jeune étoile.

De tels écoulements sont supposés être engendrés par l'alimentation en gaz des planètes géantes au cours de leur croissance. Le résultat de ces observations est publié dans l'édition du 2 janvier 2013 de la revue Nature.

HD 142527 est entourée d'un disque de gaz et de poussière cosmique, restes du nuagenuage à partir duquel cette étoile s'est formée. Le disque de poussière est divisé en une partie interne et une partie externe. Elles sont séparées par un espace vide que l'on suppose avoir été creusé par des planètes géantes gazeusesgéantes gazeuses récemment formées, nettoyant leur orbiteorbite au cours de leur révolution autour de l'étoile.

Des ponts de gaz prédits par les astrophysiciens

Le disque interne s'étend de l'étoile jusqu'à une distance correspondant à l'orbite de Saturne dans le Système solaireSystème solaire, alors que le disque externe commence environ 14 fois plus loin. Le disque externe n'entoure pas l'étoile de manière uniforme : il a plutôt une forme de ferfer à cheval, probablement à cause de l'effet gravitationnel des planètes géantes en orbite.

Selon la théorie, les planètes géantes grossissent en absorbant le gaz du disque externe par des écoulements qui forment des ponts au travers de l'espace vide du disque.

« Les astronomes avaient prédit l'existence de ces écoulements, mais c'est la première fois que nous avons pu les observer », explique Simon Casassus (Universidad de Chile, Chili), responsable de cette nouvelle étude. « Grâce au nouveau télescope Alma, nous avons été capables de réaliser des observations directes confirmant les théories en vigueur sur la formation des planètes ! »

Une planète géante cachée à proximité de HD 142527

Simon Casassus et son équipe ont utilisé Alma pour regarder le gaz et la poussière cosmiques autour de l'étoile, les observant de manière plus détaillée et à plus grande proximité de l'étoile qu'il était possible de le faire avec les précédents télescopes de ce type. Les observations d'Alma dans les longueurs d'onde submillimétriques sont également insensibles à la lumière éblouissante de l'étoile qui pose problème aux télescopes observant dans le visible ou l'infrarougeinfrarouge. L'espace vide dans le disque de poussière était déjà connu, mais les chercheurs ont également découvert du gaz diffusdiffus subsistant dans cet espace, et deux écoulements plus denses de gaz du disque externe vers le disque interne en traversant cet espace.

« Nous pensons qu'il y a une planète géante cachée là et qu'elle est la cause de ces deux écoulements. Les planètes grossissent en absorbant le gaz du disque externe, mais elles mangent vraiment comme des cochons : le reste du gaz déborde et alimente le disque interne autour de l'étoile », précise Sebastián Pérez, un membre de l'équipe qui fait aussi partie de l'Universidad de Chile.

À droite : vue d'artiste du disque et des écoulements de gaz autour de HD 142527. À gauche : Les observations effectuées avec le télescope Alma du disque de gaz et de poussière cosmiques autour de la jeune étoile HD 142527. La poussière dans le disque externe est montrée en rouge. Le gaz dense dans les écoulements à travers cet espace vide ainsi que dans le disque externe est montré en vert. Le gaz diffus détecté dans cet espace est montré en bleu. Les filaments de gaz peuvent être vus au milieu à gauche et à droite, se déversant du disque externe vers le centre. Le gaz dense observé contient des ions HCO⁺ et le gaz diffus du CO (monoxyde de carbone). Le disque externe fait à peu près deux années-lumière de large. © Alma (ESO, NAOJ, NRAO), M. Kornmesser (ESO), S. Casassus et al.

Ces observations permettent également de résoudre un autre mystère à propos du disque qui entoure HD 142527. L'étoile centrale étant encore en formation et absorbant de la matièrematière dans le disque interne, ce dernier aurait déjà dû être englouti s'il n'était pas réalimenté d'une manière ou d'une autre. L'équipe a découvert que la vitessevitesse à laquelle le reste de gaz s'écoule dans le disque interne est idéale pour le maintenir rempli et pour alimenter l'étoile en train de grossir.

La détection du gaz diffus dans le trou constitue également une première. « Les astronomes ont observé ce gaz depuis longtemps, mais jusqu'à présent, nous n'avions que des signes indirects de son existence. Maintenant, avec Alma, nous pouvons le voir directement », explique Gerrit van der Plas, un autre membre de l'équipe de l'Universidad de Chile.

Ce gaz résiduel est plus une preuve que les écoulements sont causés par les planètes géantes plutôt que par des objets encore plus gros comme une étoile compagne. « Une seconde étoile aurait bien plus nettoyé cet espace vide, ne laissant aucun gaz résiduel. En étudiant la quantité restante de gaz, nous devrions pouvoir déterminer la massemasse des objets qui font le ménage », ajoute Sebastian Perez, également membre de l'équipe.

Ce graphique montre l'emplacement de la jeune étoile HD 142527 dans la constellation du Loup. L'étoile est trop faible pour être indiquée sur le graphique, mais elle se situe au centre du cercle rouge. © ESO, IAU, Sky & Telescope

Observations à venir avec Alma

Et qu'en est-il des planètes elles-mêmes ? Simon Casassus explique que l'équipe ne les ait pas détectées directement. « Nous avons cherché les planètes avec des instruments infrarouges à la pointe de la technologie sur d'autres télescopes. Toutefois, nous supposons que ces planètes en formation sont toujours profondément enfouies dans les écoulements de gaz, qui sont presque opaques. Par conséquent, il n'y a que peu de chance de repérer ces planètes directement. »

Cependant, les astronomes cherchent à en savoir plus sur ces supposées planètes en étudiant les écoulements de gaz ainsi que le gaz diffus. Le télescope Alma est toujours en constructionconstruction et n'a pas encore atteint ses pleines capacités. Quand il sera terminé, sa vision sera encore plus fine et de nouvelles observations des écoulements devraient permettre à cette équipe de déterminer les propriétés des planètes, y compris leur masse.