Témoins pour la première fois de la naissance d’une planète

Pour la première fois, des astronomes ont repéré la perle rare… en observant directement une planète aux premiers stades de sa formation. Sur près de 1 900 planètes découvertes en dehors de notre système solaire, la jeune planète, connue sous le nom de LkCa 15 b, est la seule connue à se former alors que vous lisez ces quelques lignes. C’est une occasion exceptionnelle d’étudier une planète dans ses premiers stades de développement.

Image d’entête : représentation d’un système solaire en pleine croissance (NASA/JPL-Caltech)

Lorsque les étoiles naissent, un disque de gaz et de poussière les enveloppe, formant ce qui est appelé un disque circumstellaire, ou ici disque protoplanétaire, qui a la forme d’un donut. L’anneau se compose de poussière et de gaz qui a été expulsé par la formation de l’étoile en son centre.

Les scientifiques pensent que les poussières et les particules de gaz restantes de ce disque servent de matériau à la formation des planètes. La poussière s’agglomère (accrétion) et commence à former des cailloux, puis de grandes roches, des rochers, pour finalement fusionne et forme un noyau rocheux. Ces noyaux peuvent devenir si grands, qu’ils ont assez de masse gravitationnelle pour commencer à aspirer les gaz chauds autour de l’étoile.

Comme ces jeunes systèmes stellaires sont entourés par un épais nuage de matière, il est très difficile de détecter si des planètes se forment en eux. De plus, ces jeunes planètes sont encore relativement petites, ajoutant un autre défi à leur localisation. Avec ces obstacles à l’esprit, des scientifiques de l’université de l’Arizona et de l’université de Stanford ont conçu une nouvelle méthode pour observer directement ce processus insaisissable. Et LkCa 15 b, située à 450 années-lumière de la Terre dans un système d’étoile âgé de seulement 2 millions d’années, était le bébé qu’ils cherchaient.

Ce n’étaient pas la première fois que les scientifiques observaient LkCa 15 b et son étoile LkCa 15. La preuve de l’existence de la protoplanète a été détectée pour la première fois dans le système en 2012. Les scientifiques ne savaient pas encore ce qui se passait en son centre. Pour couper à travers la poussière, Stephanie Sallum, Kate Follette et leur équipe ont décidé de chercher des signatures optiques qu’ils s’attendaient à trouver dans le cas de la formation de planètes.

Lorsqu’elles se forment, un disque de gaz et de poussière les entoure, semblable à la naissance d’une étoile. Comme le disque de matière nourrit de plus en plus la planète, il génère une intense chaleur qui peut atteindre les 9500 °C en libérant de l’énergie et en brillant d’une teinte rougeâtre distinctive. Cette lueur est causée par des photonshydrogène-alpha, qui ne se produisent que quand un disque circumstellaire s’accumule sur une planète.

L’équipe a observé le système en formation à travers le télescope Magellan au Chili, mais elle a ajouté un filtre spécial pour uniquement permettre aux photons H-alpha d’atteindre les miroirs du télescope. C’est la première fois que les photons d’une planète se développant, après avoir parcouru 450 années-lumière, atteignent les écrans d’ordinateur de scientifiques, leur permettant de voir le processus en action.

Selon Zhaohuan Zhu, un astrophysicien de l’université de Princeton et membre de l’équipe de recherche :

اقتباس :: Cette observation nous indique où, quand et comment les planètes se forment quand elles sont jeunes. Nous savons maintenant qu’elles peuvent se former dans les très jeunes systèmes stellaires et engendrent une grande cavité en un court laps de temps.

Il existe aussi deux autres protoplanètes en formation dans ce système, mais elles n’émettent pas de photons H-alpha. C’est peut-être parce qu’il y a encore trop de matière bloquant la détection de cette signature, ou elles pourraient être dans un autre stade de leur formation.

Cette méthode de détection a été utilisée pour observer le disque des étoiles en formation, mais jamais pour trouver de très jeunes planètes. Maintenant que cette technique s’est révélée fructueuse et qu’elle peut produire une image d’une planète au début de sa formation, elle devrait certainement être utilisée pour examiner d’autres jeunes étoiles qui pourraient accueillir des protoplanètes en pleine puberté dans leur système.

Présentation des observations effectuées et de la découverte réalisée (Andrew Shuta/Laird Close/NASA/JPL-Caltech) :

Le système LkCa 15 est âgé de seulement deux millions d’années et de comprendre ce qui se passe dans ce système en pleine formation peut révéler de nouvelles perspectives sur la façon dont les systèmes planétaires se transforment en "adultes", comme notre système solaire vieux de 4,6 milliards.

Les chercheurs ont publié leurs résultats mercredi dans la revue Nature : Accreting protoplanets in the LkCa 15 transition disk.