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Disques protoplanétaires : une étonnante diversité dans le cosmos

L’instrument Sphere du VLT permet aux astronomes de former des images directes d’exoplanètes et de disques protoplanétaires, similaires à celui où sont nées les planètes du Système solaire. Ces disques apparaissent maintenant avec un zoo de formes et de tailles, plus diverses que l’on ne l’imaginait.

André Brahic aimait souligner que l’exploration du Système solaire à laquelle il avait participé avec les missions Voyager puis avec celle de Cassini avaient montré sa grande diversité. Les surprises étaient au rendez-vous et cela n’a pas changé quand ce fut le tour de la rencontre entre Pluton, son satellite Charon et la sonde de la mission New Horizons.

Les astrophysiciens du XXIe siècle sont devenus plus ambitieux puisqu’ils explorent désormais le monde des exoplanètes et qu’ils multiplient les observations des disques protoplanétaires autour des jeunes étoiles. Ils espèrent mieux comprendre encore la cosmogonie des planètes du Système solaire et mieux contraindre les théories modernes, héritières de celle proposée par Kant et Laplace, pour expliquer la naissance de ces astres avec la formation de ce type de disque de matière.

Ils ont développé l’instrument Sphere (Spectro Polarimetric High contrast Exoplanet REsearch) qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO au Chili depuis 2014. Il permet de faire de l’imagerie directe des exoplanètes mais aussi des disques protoplanétaires, malgré le rayonnement bien plus intense de leurs étoiles hôtes, dans une certaine mesure tout au moins.

De nouvelles images acquises par l’instrument Sphere révèlent, avec des détails insoupçonnés, les disques de poussière autour de jeunes étoiles proches. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)

Sphere a permis aux chercheurs de mener une campagne d’observation baptisée DARTTS-S (Disques Autour des Etoiles T-Tauri avec Sphere) concernant des étoiles de type T-Tauri à des distances de 230 à 550 années-lumière du Soleil. Ces étoiles, moins de trois fois plus massives que le Soleil, ne sont pourtant pas encore sur la séquence principale, car ce sont en fait de jeunes protoétoiles dont les âges sont inférieurs à 10 millions d’années.

Les étoiles T-Tauri, un laboratoire d’étude de la naissance des planètes

Elles sont entourées d’un disque protoplanétaire et sont particulièrement lumineuses car même pour une masse équivalente à celle du Soleil, elles ont un rayon plus grand et donc une surface d’émission de la lumière plus importante. Elles sont encore en contraction gravitationnelle de sorte qu’elles ne tirent pas leur énergie de la fusion thermonucléaire de l’hydrogène (bien que peut-être, parfois, en partie de celle du lithium), mais bien du mécanisme de Kelvin-Helmoltz.

On considère que les étoiles T-Tauri sont de bons laboratoires pour observer en direct l’équivalent de la naissance du Système solaire et ses étapes, alors que les planètes se formaient dans son disque protoplanétaire.

DARTTS-S vient de faire l’objet de deux publications sur arXiv et de nouveau les astronomes sont surpris par la diversité découverte, comme le montre en images, un véritable zoo de disques qui diffèrent nettement les uns des autres en termes de dimensions et de formes. Certains sont composés d’anneaux brillants alors que d’autres exhibent des anneaux sombres.

Les astrophysiciens sont particulièrement intéressés par le cas de l’étoile GSC 07396-00759, une naine rouge de type M qui fait partie d’un système triple car elle orbite autour d’une étoile double formée de deux astres de type T-Tauri : V4046 Sagittarii. Ces deux étoiles sont nées ensemble et curieusement, elles ne sont pas entourées d’un même disque protoplanétaire, alors qu’ils devraient avoir évolué en parallèle et avec un matériau similaire. Là encore, il y a une diversité à comprendre pour progresser dans notre quête des origines, du Big Bang au vivant, et de notre place dans l’univers observable avec peut-être de la vie ailleurs.

Ce qu’il faut retenir

  • Le cosmos est un laboratoire naturel faisant varier les conditions de multiples « expériences », comme celle menant à la naissance des planètes dans des disques protoplanétaires autour d’étoiles de type T-Tauri.
  • Plusieurs de ces disques ont été imagés directement par l’instrument Sphere du VLT de l’ESO. Ils sont apparus d’une surprenante diversité, ce qui va alimenter la théorie de la formation planétaire, y compris quand elle est appliquée pour comprendre la formation du Système solaire.

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