La formation planétaire en action ?

- communiqué CNRS - ESO - MPIA

Jeudi, 24 février 2011

Une jeune étoile encore entourée de son disque de matière dans lequel un objet trace son chemin : c'est la découverte probablement réalisée par une équipe internationale d'astronomes[1] grâce au Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l'Observatoire Européen Austral (ESO) au Chili. Cette équipe compte de nombreux astronomes français de l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG : CNRS, Université Joseph Fourier, Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble/INSU) et du Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA : Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot). Les prochaines observations permettront de déterminer si ce compagnon est une planète ou une naine brune. Des travaux publiés dans Astronomy & Astrophysics.

Les planètes se forment dans les disques de matière entourant les jeunes étoiles. Mais ces disques de poussière sont éphémères et peu d'objets sont observés pendant cette phase de formation[2]. T Chamaeleontis (T Cha) est l'un de ces objets. Située dans la constellation australe du Caméléon, cette étoile peu lumineuse se trouve à environ 330 années-lumière de la Terre ;  âgée de seulement sept millions d'années, elle commence sa vie et pourrait être comparée à notre Soleil dans sa jeunesse[3].

Jusqu'à présent aucune planète en formation n'a été trouvée dans ces disques en phase de transition,  comme celui de T Cha. Les seules découvertes réalisées à ce jour se trouvaient dans des disques plus évolués,  comme celui de Beta Pictoris [3].

"De précédentes études ont montré que T Cha était une excellente cible pour étudier comment se forment les systèmes planétaires, » précise Johan Olofsson, de l'institut Max-Planck de radioastronomie (Allemagne), et docteur de l'Université de Grenoble. « Mais cette étoile est relativement distante et toute la puissance du VLTI (le VLT en mode interférométrique) a été nécessaire pour obtenir des détails très précis et voir ainsi ce qui se passe dans ce disque de poussière. »

Les astronomes ont d'abord observé T Cha avec l'instrument AMBER et l'interféromètre du VLT (VLTI)[4]. Ils ont découvert qu'une partie de la matière du disque formait un anneau étroit de poussière à seulement 20 millions de kilomètres de l'étoile. Au-delà de ce disque intérieur, ils ont trouvé une région dépourvue de poussière, formant un sillon qui s'étend jusqu'à environ 1,1 milliard de kilomètres de l'étoile et qui laisse ensuite la place au disque externe originel.


Dessin d'artiste du disque protoplanétaire autour de l'étoile T Cha. © ESO/L. Calçada.

Selon Gael Chauvin, chargé de recherche CNRS à l'IPAG, " le sillon dans le disque de poussière autour de T Cha était un indice révélateur et nous nous sommes demandés si nous n'étions pas en train d'observer un compagnon en train de creuser un sillon à l'intérieur de son disque protoplanétaire».

Toutefois, observer un compagnon si proche d'une étoile brillante est un énorme challenge. Aussi, pour atteindre son objectif, l'équipe menée par Nuria Huelamo du Centre d'Astrobiologie de Madrid a dû utiliser l'instrument NACO du VLT, associé à une technique nouvelle et subtile : le « masquage de pupille »[5]. Après des analyses précises, ils ont trouvé la signature bien visible d'un objet situé dans le sillon du disque de poussière, à une distance d'environ 1 milliard de kilomètres de l'étoile (soit légèrement plus loin que Jupiter dans notre système solaire) et proche du bord extérieur du sillon. C'est la première détection d'un objet bien plus petit qu'une étoile à l'intérieur d'un sillon dans un disque de poussière où se forment les planètes autour d'une jeune étoile. Les indices suggèrent que le compagnon ne peut pas être une étoile normale[6] mais pourrait être une naine brune[7] entourée de poussière ou, ce qui est plus excitant, une planète récemment formée.

Pour Jean-Charles Augereau, astronome adjoint à l'Observatoire de Grenoble (OSUG), « c'est une remarquable étude collaborative qui combine deux instruments de pointe à l'Observatoire de Paranal de l'ESO. De prochaines observations permettront d'obtenir plus d'informations sur le compagnon et sur le disque et aussi de comprendre ce qui alimente le disque de poussière intérieur. »

 


[1] L'équipe est composée de J. Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA], Heidelberg, Allemagne), M. Benisty (MPIA), J.-C. Augereau (Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble [IPAG], France) C. Pinte (IPAG), F. Ménard (IPAG), E. Tatulli (IPAG), J.-P. Berger (ESO, Santiago, Chili), F. Malbet (IPAG), B. Merín (Herschel Science Centre, Madrid, Espagne), E. F. van Dishoeck (Leiden University, Hollande), S. Lacour (Observatoire de Paris, France), K. M. Pontoppidan (California Institute of Technology, USA), J.-L. Monin (IPAG), J. M. Brown (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Allemagne), G. A. Blake (California Institute of Technology), N. Huélamo (Centro de Astrobiología, ESAC, Espagne), P. Tuthill (University of Sydney, Australie), M. Ireland (University of Sydney, Australie), A. Kraus (University of Hawaii) et G. Chauvin [IPAG].

[2] Les disques en phase de transition peuvent être repérés, car ils émettent moins de radiations dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen.  La dissipation de la poussière proche de l'étoile et la création de sillons et de trous peuvent expliquer ce manque d'émission. Des planètes récemment formées ont pu créer ces sillons, bien qu'il y ait aussi d'autres possibilités.

[3] T Cha est une étoile T Tauri, donc toujours en train de se contracter et d'évoluer vers la séquence principale.

[4] Les astronomes ont utilisé l'instrument AMBER (Astronomical Multi-BEam combineR) et le VLTI pour combiner la lumière des quatre télescopes de 8,2 mètres du VLT et créer un « télescope virtuel » de 130 mètres de diamètre. AMBER est un instrument développé dans le cadre d'un consortium piloté par des laboratoires français (IPAG à Grenoble, laboratoire Fizeau et OCA à Nice)

[5] NACO (ou NAOS-CONICA dans son appellation complète) est un instrument d'optique adaptative attaché au VLT de l'ESO. Grâce à l'optique adaptative, les astronomes peuvent supprimer la plupart des effets de distorsion causés par l'atmosphère et obtiennent ainsi des images très nettes. L'équipe a utilisé NACO d'une nouvelle manière appelée « masquage de pupille » (sparse aperture masking (SAM) en anglais) pour chercher le compagnon. Il s'agit d'un type d'interférométrie qui plutôt que de combiner la lumière provenant de plusieurs télescopes comme le fait le VLTI, utilise différentes parties du miroir d'un seul télescope (dans ce cas, le miroir du télescope 4 du VLT). Cette nouvelle technique est particulièrement adaptée pour chercher des objets ténus proches d'objets très lumineux. VLTI/AMBER est en revanche mieux adapté pour étudier les structures du disque intérieur et moins sensible à la présence d'un compagnon éloigné.

[6] Les astronomes ont cherché le compagnon en utilisant NACO dans deux bandes spectrales différentes - autour de 2,2 microns et de 3,8 microns. Le compagnon est uniquement visible aux plus grandes longueurs d'onde, ce qui signifie que cet objet est soit froid, comme une planète, soit qu'il s'agit d'une naine brune enveloppée de poussière.

[7] Les naines brunes sont des objets dont la taille se situe entre la taille des étoiles et celle des planètes. Elles ne sont pas suffisamment massives pour allumer l'hydrogène dans leur cœur mais elles sont plus grandes que les planètes géantes comme Jupiter.

Contact(s):
  • Johan Olofsson, MPIA
    olofsson [at] mpia [dot] de, +49 6221 528 353
  • Jean-Charles Augereau, Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble (OSUG-IPAG-CNRS/Université Joseph Fourier)
    augereau [at] obs [dot] ujf-grenoble [dot] fr, 04 76 51 47 86

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