Vue d’artiste du disque permettant la formation de lunes autour de PDS 70c — © ESO / L. Calçada, ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) /Benisty et al.

Une équipe internationale de scientifiques a obtenu les premières images claires d’un colossal disque de débris orbitant autour d’une lointaine exoplanète. Celui-ci contient suffisamment de matériaux pour créer trois objets célestes de la taille de notre Lune.

Les deux seules exoplanètes connues encore en cours de formation

Présentée dans The Astrophysical Journal Letters, la découverte a été réalisée grâce au réseau ALMA de l’Observatoire européen austral (ESO), qui a permis d’imager le système stellaire PDS 70 avec une précision inédite. Localisé à environ 400 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Centaure, celui-ci se compose d’une étoile mère autour de laquelle gravitent deux énormes protoplanètes baptisées PDS 70b et PDS 70 c. Selon l’équipe, ces dernières partageraient des caractéristiques clés avec Jupiter et Saturne, les deux géantes gazeuses de notre Système solaire.

Alors que les exoplanètes nouvellement formées orbitaient dans l’environnement poussiéreux entourant la jeune étoile, leur influence gravitationnelle leur a permis d’amasser davantage de matière. Ce qui a entraîné la formation d’une énorme cavité pratiquement exempte de débris autour de l’astre.

« Plus de 4 000 exoplanètes ont été découvertes jusqu’à présent, mais toutes ont été détectées dans des systèmes matures », a déclaré Miriam Keppler, chercheuse à l’Institut Max Planck et co-auteure de l’étude. « PDS 70b et PDS 70c, qui forment un système rappelant la paire Jupiter-Saturne, sont actuellement les deux seules exoplanètes identifiées étant encore en cours de formation. »

Image prise par ALMA montrant des vues large (à gauche) et rapprochée (à droite) du disque lunaire entourant PDS 70c — © ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Benisty et al.

Un aperçu sans précédent

Des observations antérieures de PDS 70c, l’exoplanète la plus externe, avaient laissé entrevoir la présence d’un disque circumplanétaire entourant le monde en formation. Cependant, ce n’est que lorsque les capacités d’imagerie à plus haute résolution de l’ALMA ont été mises à contribution que les astronomes ont pu révéler la nature impressionnante de cette structure.

« Nos travaux présentent une détection claire d’un disque au sein duquel des satellites naturels pourraient se former », commente Myriam Benisty, auteure principale de l’étude et chercheuse à l’université de Grenoble. « Ces observations ont été réalisées avec une résolution si précise que nous avons pu clairement déterminer que le disque était associé à la planète et fixer des limites à sa taille pour la première fois. »

Le vaste disque circumplanétaire est vraisemblablement constitué de matériaux collectés par PDS 70c peu après sa formation. Selon l’équipe, celui-ci est environ 500 fois plus grand que les anneaux de Saturne et s’étend sur une région du cosmos équivalente à celle qui sépare la Terre du Soleil. Si l’exoplanète continuera à accréter une partie de la matière contenue dans le disque, prolongeant ainsi sa croissance, la part restante pourrait également donner lieu à des lunes.

Animation montrant le système stellaire PDS 70

De nombreuses similitudes avec le processus de formation des planètes

Un tel processus se révèle similaire à celui via lequel les planètes se forment autour d’une étoile. De minuscules collisions au sein du disque donnent naissance à des amas de matière qui continuent de croître et de siphonner la matière environnante jusqu’à devenir une lune à part entière. Les auteurs de l’étude estiment que l’anneau entourant PDS 70c contient suffisamment de matière pour créer trois satellites naturels de la taille de notre Lune.

Les nouvelles capacités d’imagerie de l’ALMA permettront aux astronomes de tester les théories existantes sur la façon dont les planètes et les lunes se forment. De son côté, le système stellaire constituera une cible attrayante pour la prochaine génération d’observatoires, incluant l’Extremely Large Telescope (40 mètres), actuellement en cours de construction au Chili.

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