Les planètes naissent avant même que leur étoile n'ait terminé sa formation

Alma, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, continue de nous surprendre avec ses incroyables images de jeunes systèmes planétaires. Aujourd'hui, c'est IRS 63, situé à 470 années-lumière de nous dans le nuage interstellaire dense L1709, dans la constellation d'Ophiuchus, qui a été examiné grâce au radiotélescope installé au Chili. IRS 63 est une jeune protoétoile encore emmaillotée dans une grande et massive enveloppe de gaz et de poussières dont elle et son disque se nourrissent.

En étudiant ce système, une équipe internationale de scientifiques dirigée par Dominique Segura-Cox, de l'Institut Max-PlanckPlanck de physique extraterrestre (MPE), en Allemagne, a trouvé des indices convaincants que les planètes commencent à se former alors que les étoilesétoiles sont encore en train de croître. L'image à haute résolutionrésolution obtenue avec Alma montre un jeune disque autour d'IRS 63 avec de multiples lacunes et anneaux de poussières. Ce nouveau résultat, tout juste publié dans Nature, montre l'exemple le plus jeune et le plus détaillé d'anneaux de poussières où se forment des planètes.

La région dense L1709 du nuage moléculaire d'Ophiuchus, cartographiée par le télescope spatial Herschel, qui entoure et alimente en matière la protoétoile IRS 63, beaucoup plus petite, et le disque où se forment des planètes (emplacement marqué par la croix noire). © MPE, D. Segura-Cox - données Herschel : ESA, Herschel, SPIRE, PACS, D. Arzoumanien

Des planètes qui grandissent en même temps que leur étoile

Des anneaux de poussières ont déjà été détectés en grand nombre dans des systèmes âgés de plus d'un million d'années, là où les protoétoilesprotoétoiles ont fini de rassembler la majeure partie de leur massemasse. Cependant, IRS 63 a moins de 500.000 ans et la protoétoile va encore croître considérablement en masse. Jusqu'à présent, on pensait que les étoiles se formaient d'abord et que les planètes ne venaient qu'après. « Mais maintenant, nous voyons que les protoétoiles et les planètes grandissent et évoluent ensemble depuis les temps les plus reculés, comme des frères et sœurs », explique Segura-Cox.

Les planètes sont confrontées à de sérieux obstacles au cours des premières étapes de leur formation. Elles doivent se développer à partir de minuscules particules de poussière, plus fines que celles qu'on trouve dans nos maisons. Cependant, même après que la poussière s'agglomère pour former un embryon de planète, la planète encore en formation pourrait spiraler vers l'intérieur du système et finir consumée par la protoétoile centrale. Si les planètes commencent à se former très tôt et à grande distance de la protoétoile, elles peuvent mieux survivre à ce processus.

Les anneaux et lacunes du disque de poussières d'IRS 63 comparés au Système solaire, à la même échelle et dans la même orientation que le disque d'IRS 63. L'emplacement des anneaux est similaire à l'emplacement des objets du Système solaire, avec l'anneau interne de la taille de l'orbite de Neptune et l'anneau externe un peu plus grand que l'orbite de Pluton. © MPE, D. Segura-Cox

Un aperçu de la formation du Système solaire

L'équipe de chercheurs a découvert qu'il y avait environ une demi-masse jovienne (environ 150 masses terrestres) de poussières dans le disque d'IRS 63 à plus de 20 unités astronomiquesunités astronomiques de son centre (une distance similaire à l'orbiteorbite d'UranusUranus dans le Système solaireSystème solaire). Le gaz, lui, pourrait représenter jusqu'à 100 fois plus de matièrematière. Il faut au moins une dizaine de masses terrestres de matière solidesolide pour former un noyau planétaire qui accrétera efficacement du gaz et formera une planète gazeuseplanète gazeuse géante. Jaime Pineda, membre de l'équipe du MPE et coauteur de l'étude, invite donc à se concentrer sur les systèmes les plus jeunes pour vraiment comprendre la formation des planètes. Dans notre propre système solaire, il est de plus en plus probable que Jupiter s'est formé au-delà de l'orbite actuelle de Neptune, puis a migré vers l'intérieur jusqu'à son emplacement actuel. De même, la poussière entourant IRS 63 montre qu'il y a suffisamment de matière loin de la protoétoile et à un stade suffisamment peu avancé pour qu'il y ait une chance que cet analogue du Système solaire forme des planètes de façon similaire.

« La taille du disque est très similaire à celle de notre propre Système solaire, explique Segura-Cox. Même la masse de la protoétoile est juste un peu inférieure à celle de notre SoleilSoleil. L'étude de ces jeunes disques formant des planètes autour de protoétoiles peut nous donner des informations importantes sur nos propres origines. »