Découverte de deux familles d'exocomètes autour de l'étoile β Pictoris

Mercredi, 22 octobre 2014

Une équipe d’astronomes de l’IAP (CNRS/UPMC), de l’IRAM (CNRS) et de l’IPAG (CNRS/Université Joseph Fourier) viennent de mettre en évidence, pour la première fois, deux familles de comètes extrasolaires, ou « exocomètes ». Cette découverte a été faite autour de l'étoile β Pictoris. Une première famille est constituée d'exocomètes anciennes situées à proximité de l'étoile. La seconde famille contient des exocomètes probablement issues de la fragmentation récente d'un ou de quelques objets plus gros. Pour la première fois, une étude statistique globale permet de déterminer les propriétés physiques et orbitales d'un grand nombre de ces exocomètes. Cette étude, publiée dans la revue Nature le 22 octobre, donne une vision originale et sans précédent des mécanismes à l'œuvre dans un système planétaire jeune qui ressemble à ce que devait être notre propre Système solaire juste après sa formation il y a 4,5 milliard d'années.

Beta Pictoris est une étoile jeune située à environ 63 années-lumière du Soleil. Elle est âgée d'une vingtaine de millions d'années seulement et entourée d'un vaste disque de matière – il s'agit là d'un jeune système planétaire très actif, dont le gaz et la poussière proviennent de l'évaporation de comètes et de collisions entre astéroïdes. Beta Pictoris constitue une cible de choix ! Les observations détaillées de ses exocomètes apportent des clés de compréhension des processus à l'œuvre dans ce type de jeune système planétaire.

Durant près de 30 ans, les astronomes ont observé de subtiles variations d'intensité dans l'éclat de Beta Pictoris, qu'ils ont attribuées au passage de comètes devant l'étoile. Les comètes sont de petits corps de quelques kilomètres de diamètre, riches en glaces, qui s'évaporent à proximité de leur étoile, créant ainsi de gigantesques queues de gaz et de poussière susceptibles d'absorber en partie la lumière qui les traverse. La faible lueur émise par les exocomètes se trouve masquée par l'extrême brillance de leur étoile. Elles ne peuvent donc faire l'objet d'observations directes depuis la Terre.

Pour mener à bien l'étude des exocomètes de Beta Pictoris, l'équipe a analysé plus de 1000 observations effectuées entre 2003 et 2011 au moyen de l'instrument HARPS1 qui équipe le télescope de 3,6 mètres de l'ESO installé à l'Observatoire de La Silla2 au Chili.


Vue d'artiste du disque de β Pictoris. © NASA/FUSE/Lynette Cook

Les chercheurs ont sélectionné un échantillon de 493 exocomètes distinctes. Certaines d'entre elles ont été observées à plusieurs reprises et durant quelques heures. Une analyse minutieuse a permis de déterminer la vitesse ainsi que la taille des nuages de gaz. Certaines des propriétés orbitales de chacune des exocomètes, telles la forme et l'orientation de l'orbite ainsi que la distance à l'étoile, ont également pu être déduites.

Une telle analyse portant sur plusieurs centaines d'excomètes appartenant à un même système exo-planétaire est unique. Elle a révélé l'existence de deux familles distinctes d'exocomètes : d'une part, les exocomètes âgées dont les orbites sont contrôlées par l'attraction gravitationnelle d'une planète massive3 ; d'autre part, des exocomètes probablement issues du récent fractionnement d'un ou plusieurs objets de taille supérieure. Différentes familles de comètes peuplent également le Système Solaire.

Les exocomètes de la première famille sont caractérisées par une grande diversité d'orbites ainsi que de faibles émissions de gaz et de poussière. Ce qui suggère que ces comètes ont épuisé leurs réserves de glaces au fil de leurs multiples passages à proximité de Beta Pictoris4.

Les exocomètes classées au sein de la seconde famille sont bien plus actives et décrivent des orbites similaires5.Ce qui suggère leur origine commune : probablement le fractionnement d'un objet de dimensions plus vastes dont les fragments orbitent à présent à proximité de l'étoile Beta Pictoris.

Ainsi, et pour la toute première fois, une étude statistique a permis de déterminer la forme et l'orbite d'un grand nombre d'exocomètes. Ce travail offre un formidable aperçu des mécanismes à l'œuvre dans le Système Solaire, peu après sa formation il y a 4,6 milliards d'années.

Note(s): 

1 High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS)
2 L'Observatoire de La Silla est le premier observatoire de l'Observatoire européen austral (ESO - European Southern Observatory) situé au Chili au bord du désert d’Atacama.
3 Une planète géante, beta Pictoris b, a également été découverte à environ un milliard de kilomètres de l'étoile. Sont étude a été permise par l'obtention d'images à haute résolution au moyen d'optique adaptative.
4 De plus, l'excentricité ainsi que l'orientation des orbites de ces comètes concordent avec celles des comètes se trouvant en résonance orbitale avec une planète massive. Les propriétés qu'arborent les comètes appartenant à la première famille laissent entrevoir l'existence d'une telle planète à quelque 700 millions de kilomètres de l'étoile – non loin de l'emplacement où fut découverte Beta Pictoris b.
5 En cela, elles ressemblent aux comètes du Système Solaire classées au sein de la famille Kreutz, ou aux fragments de la comète Shoemaker-Levy 9 qui s’écrasa sur Jupiter en juillet 1994.

Pour en savoir plus: 

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé "Two families of exocomets in the Beta Pictoris system", à paraître au sein de l'édition du 23 octobre 2014 de la revue Nature.
Cette étude a été en partie financée par le Prix Scientifique de la Fondation Simone et Cino Del Duca. Les données analysées ont été obtenues entre 2003 et 2011 sur un télescope de l'ESO situé à La Silla, au Chili. Cette étude a également eu le soutien de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) avec les programmes ANR-12-BS05-0012 (Exo-Atmos) et ANR-2010 BLAN-0505-01 (ExoZodi)."

Source(s): 

Two families of exocomets in the Beta Pictoris system, F. Kiefer, A. Lecavelier des Etangs, J. Boissier, A. Vidal-Madjar, H. Beust, A.-M. Lagrange, G. Hébrard, & R. Ferlet, Nature, octobre 2014, doi:10.1038/nature13849

Contacts chercheurs

  • Alain Lecavelier des Etangs (CNRS - IAP) :  01 44 32 80 77  I  lecavelier [at] iap [dot] fr
  • Flavien Kiefer (Université de Tel-Aviv, School of Physics and
    Astronomy, Raymond and Beverly Sackler faculty of exact sciences et IAP) : kiefer [at] iap [dot] fr

 

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