Hubble voit la naissance violente d’un monde semblable à Jupiter

Il s’agit d’un concept d’artiste d’AB Aurigae b, une planète en formation environ 9 fois plus massive que Jupiter. Le télescope spatial Hubble a découvert cette proto-planète. Image via NASA / ESA / Joseph Olmsted (STScI).

La plupart des planètes se forment par un processus relativement calme appelé accrétion du noyau. Ce sont essentiellement des grains plus petits qui se collent ensemble pour former des grains plus gros, jusqu’à ce que la gravité prenne le dessus pour tirer l’objet en forme de boule. Mais il existe également des preuves d’un processus de formation de planètes plus “intense et violent”, appelé instabilité du disque. Et les astronomes ont longtemps cherché des observations directes de ce 2e processus, en particulier pour les grandes exoplanètes géantes gazeuses, similaires à la planète Jupiter de notre système solaire. Ce mois-ci (4 avril 2022), les astronomes ont annoncé une image du télescope spatial Hubble d’une protoplanète de type Jupiter (un embryon planétaire) se formant via l’instabilité du disque.

Les données du télescope spatial Hubble et du télescope Subaru ont permis de confirmer la découverte.

Les chercheurs ont publié les détails de leur découverte, évalués par des pairs, dans Astronomie naturelle le 4 avril.

Hubble : 3 images d'une étoile brillante entourée de nuages ​​rougeâtres brillants, de formes carrées noires et de lignes et de texte blancs.
Voir plus grand. | Voici la protoplanète AB Aurigae b telle qu’elle apparaît sur les images du télescope spatial Hubble (marquée par une flèche). Les images couvrent 13 ans, en utilisant le spectrographe imageur du télescope spatial (STIS) et la caméra proche infrarouge et le spectrographe multi-objets (NICMOS). Image via NASA / ESA / Thayne Currie (Télescope Subaru / Eureka Scientific Inc.) / Alyssa Pagan (STScI).

Hubble observe la formation d’une planète d’une “manière non conventionnelle”

Comme décrit par le communiqué de presse, cette planète – nommée AB Aurigae b – se forme de “manière non conventionnelle”. Pourquoi non conventionnel ? On a longtemps pensé que les planètes géantes gazeuses comme Jupiter se forment à partir de l’accrétion du noyau. Dans ce processus, de petits morceaux de matériaux, allant de la poussière aux rochers, se heurtent au fil du temps et se collent les uns aux autres. Cela forme un noyau central, ou protoplanète, qui accumule ensuite des matériaux supplémentaires comme la poussière et le gaz.

Avec l’instabilité du disque, cependant, la planète se forme directement à partir du disque protoplanétaire autour de l’étoile. Cela se produit lorsque le disque se refroidit et se décompose en fragments de masse planétaire plus petits qui continuent ensuite à accumuler de la matière.

La planète trouvée par Hubble semble être le résultat de l’instabilité du disque, et non de l’accrétion du noyau. Le chercheur principal Thayne Currie du télescope Subaru a déclaré :

La nature est intelligente ; il peut produire des planètes de différentes manières.

La nouvelle planète est 9 fois plus massive que Jupiter

Le système stellaire qui abrite AB Aurigae b est encore très jeune, seulement âgé d’environ deux millions d’années. C’est comme un bébé par rapport à notre système solaire, qui a environ 4,6 milliards d’années. Sa nouvelle protoétoile a environ neuf fois la masse de Jupiter. Il est également très éloigné de son étoile, à 8,6 milliards de kilomètres pour être exact. C’est plus que à deux reprises la distance de Pluton à notre soleil.

Cette grande distance rend également improbable le scénario de formation d’accrétion de base. Les chercheurs disent qu’il faudrait très longtemps, voire jamais, pour qu’une planète de la taille de Jupiter se forme de cette façon, si loin de son étoile. Par conséquent, le processus d’instabilité du disque est une meilleure explication de la formation de la planète. Hubble a également observé une structure en spirale distincte tourbillonnant autour de la planète nouvellement formée, soutenant également l’hypothèse d’instabilité du disque.

Homme en chemise rayée tenant sur la balustrade.
Thayne Currie de Subaru Telescope a dirigé l’équipe de recherche qui a découvert la nouvelle protoplanète géante. Image via le télescope Subaru.

Un système difficile à interpréter

Les planètes naissantes peuvent être difficiles à voir dans les disques protoplanétaires. Il y a des caractéristiques complexes dans les disques qui pourraient être confondues avec des planètes nouvellement formées comme AB Aurigae b. Alors, comment les chercheurs ont-ils réussi à distinguer cette planète ? Ils ont utilisé deux instruments Hubble différents : le spectrographe imageur du télescope spatial (STIS) et la caméra infrarouge proche et le spectrographe multi-objets (NICMOS). Ensuite, les chercheurs ont comparé ces données aux données de l’instrument d’imagerie planétaire SCExAO sur le télescope japonais Subaru de 8,2 mètres au sommet du Mauna Kea, à Hawaï.

Comme Currie l’a noté:

L’interprétation de ce système est extrêmement difficile. C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avions besoin de Hubble pour ce projet, une image propre pour mieux séparer la lumière du disque et de toute planète.

Il se trouve que le disque de poussière et de gaz AB Aurigae est incliné presque face à notre vue depuis la Terre. Cela aide également les astronomes à mieux voir la jeune planète, avec moins d’obstructions.

Un autre facteur était l’âge de Hubble lui-même. Un ou deux ans seraient insuffisants pour déterminer si AB Aurigae b était vraiment une nouvelle planète ou non. Mais les données de Hubble, combinées à celles de Subaru, couvrent 13 ans au total. Currie a expliqué :

Nous n’avons pas pu déceler ce mouvement de l’ordre d’un an ou deux ans. Hubble a fourni une base de temps, combinée aux données Subaru, de 13 ans, ce qui était suffisant pour pouvoir détecter un mouvement orbital.

Hubble et Subaru

Maintenant, il semble y avoir peu de doute qu’il s’agit bien d’une nouvelle planète naissante et non de quelque chose d’autre mal interprété. Olivier Guyon de l’Université de l’Arizona et du télescope Subaru a ajouté :

Ce résultat s’appuie sur les observations au sol et dans l’espace et nous permet de remonter dans le temps avec les observations d’archives de Hubble. AB Aurigae b a maintenant été examiné dans plusieurs longueurs d’onde, et une image cohérente a émergé, une qui est très solide.

Hubble : Grand télescope en orbite au-dessus de la Terre dans l'espace.
Le télescope spatial Hubble vu dans l’espace au-dessus de la Terre. Image via les médias publics de la NASA / Arizona.

Nouvelles perspectives sur la formation des planètes géantes

Les observations de Hubble sont la première bonne preuve que des planètes géantes gazeuses peuvent se former à partir de l’instabilité du disque et pas seulement de l’accrétion du noyau. Cela fournit de nouvelles informations sur la formation globale des planètes et montre que la gravité est l’ingrédient principal, quel que soit le processus. Comme l’a expliqué Alan Boss de la Carnegie Institution of Science :

Cette nouvelle découverte est une preuve solide que certaines planètes géantes gazeuses peuvent se former par le mécanisme d’instabilité du disque. En fin de compte, la gravité est tout ce qui compte, car les restes du processus de formation des étoiles finiront par être réunis par gravité pour former des planètes, d’une manière ou d’une autre.

Ce n’est que la dernière découverte passionnante de Hubble. La semaine dernière, des chercheurs ont également annoncé que Hubble avait découvert l’étoile la plus éloignée jamais vue jusqu’à présent. L’étoile s’est formée dans l’univers juvénile à peine 900 millions d’années après le Big Bang.

Conclusion : Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble ont, pour la première fois, observé une nouvelle planète géante se formant autour d’une autre étoile via l’instabilité du disque. Le monde infantile est neuf fois plus massif que Jupiter.

Source : Images de la formation d’une planète jovienne intégrée à une large séparation autour d’AB Aurigae

Prépublication ArXiv

Via Hubblesite

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