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Posté par Adrien le Jeudi 14/06/2018 à 00:00
Nouvelle méthode de détection: 3 exoplanètes en orbite autour d'une étoile jeune
Deux équipes distinctes d'astronomes ont utilisé ALMA pour dénicher des indices probants de l'existence de trois jeunes planètes autour de l'étoile HD 163296. L'utilisation d'une toute nouvelle méthode de détection planétaire leur a permis d'identifier trois perturbations au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier...) du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...) qui encercle la jeune étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.): ces perturbations constituent la preuve formelle de la présence de planètes nouvellement nées. Il s'agit là des toute premières planètes détectées au moyen d'ALMA.


Le Vaste Réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) a changé notre compréhension des disques protoplanétaires ? ces usines à planètes constituées de gaz et de poussière qui encerclent les étoiles jeunes. Les anneaux et sillons qui parsèment ces disques plaident en faveur de l'existence de protoplanètes (1). Toutefois, d'autres phénomènes pourraient être à l'origine de ces structures.

Mais l'utilisation d'une nouvelle méthode de détection de planètes, basée sur l'identification d'une dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) inhabituelle du gaz qui emplit le disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale s'effondre sur elle-même. Puis, à l'intérieur de la nébuleuse résiduelle, la matière se condense éventuellement en un...) entourant une étoile jeune, a permis à deux équipes d'astronomes d'obtenir confirmation de l'origine planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les...) de plusieurs structures (2).

?La mesure du flot de gaz à l'intérieur d'un disque protoplanétaire révèle, avec un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de certitude nettement plus élevé, la présence de planètes en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) d'une jeune étoile?, déclare Christophe Pinte de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Monash en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En...) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) et d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) de Grenoble (Université de Grenoble-Alpes / CNRS) en France, auteur principal de l'un des deux articles. ?Cette technique ouvre une nouvelle piste pour comprendre les processus de formation des systèmes planétaires.?

Afin d'aboutir à leurs découvertes respectives, chaque équipe a analysé les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) d'ALMA de HD 163296, une jeune étoile située à quelque 330 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes...) du Sagittaire (L'Archer) (3). Cette étoile est dotée d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...) environ deux fois supérieure à celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...). Elle n'est toutefois âgée que de quatre millions d'années ? ce qui représente un millième de l'âge du Soleil.

?Nous avons examiné le mouvement du gaz à petite échelle au sein du disque protoplanétaire de l'étoile. Cette approche entièrement nouvelle, combinée aux images hautes résolution d'ALMA, pourrait permettre de détecter quelques-unes des planètes les plus jeunes de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif...)? précise Richard Teague, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) à l'Université du Michigan et auteur principal du second article.

Plutôt que de se focaliser sur la poussière qui emplit le disque et que les observations d'ALMA permettent de cartographier avec précision, les astronomes ont étudié le gaz de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la...) (CO) disséminé sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) du disque. Les molécules de CO émettent une raie millimétrique très particulière qu'ALMA est capable d'observer en détail. De subtiles variations de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) de cette lumière générées par l'effet Doppler révèlent les mouvements du gaz au sein du disque.

L'équipe pilotée par Richard Teague a identifié la présence de deux planètes à respectivement 12 milliards et 21 milliards de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) de l'étoile. L'autre équipe, pilotée par Christophe Pinte, a localisé une troisième planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) distante de 39 milliards de kilomètres de l'étoile centrale (4).

Les deux équipes ont utilisé des versions voisines de la même méthode, à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) d'anomalies dans le flot de gaz ? comme l'attestent les variations de longueur d'onde de la raie en émission du CO, preuves que le gaz interagit avec un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) (5).

La technique utilisée par Richard Teague reposait sur la détection de variations de l'ordre de quelques pour cent dans le flot de gaz. Elle a mis en évidence les conséquences de l'existence de plusieurs planètes sur les mouvements du gaz à proximité directe de l'étoile. La technique utilisée par Christophe Pinte permettait de mesurer le flot de gaz de façon plus directe. Elle est davantage adaptée à l'étude de la partie externe du disque.  Elle a permis aux auteurs de localiser la troisième planète avec une précision plus élevée, mais se limite à la détection de déviations supérieures, de l'ordre de 10%, dans le flot de gaz.

Dans l'un et l'autre cas, les chercheurs ont identifié les zones de discontinuité dans le flot de gaz ? similaires aux tourbillons qui se forment autour des rochers dans un torrent. En analysant ce mouvement avec soin, ils ont été en mesure d'estimer l'influence de corps planétaires de masses semblables à celles de Jupiter.

Cette nouvelle technique permet aux astronomes d'estimer les masses protoplanétaires avec une précision plus élevée. En outre, elle est moins susceptible de produire des faux positifs. ?Nous plaçons désormais ALMA au premier rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du sous-espace vectoriel engendré par cette famille. Le théorème du rang lie le rang et la dimension du noyau d'une...) de la détection planétaire? précise Ted Bergin de l'Université du Michigan.

L'une et l'autre équipe vont continuer d'améliorer cette méthode et l'appliquer à d'autres disques, espérant mieux comprendre la formation des atmosphères planétaires et déterminer les éléments chimiques participant à la naissance d'une planète.

Notes

(1) Des milliers d'exoplanètes ont été découvertes ces deux dernières décennies. Toutefois, la détection de protoplanètes demeure un véritable challenge scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...). A ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...), aucune détection n'avait encore trouvé confirmation. Les techniques actuellement utilisées pour découvrir des exoplanètes au sein de systèmes planétaires entièrement formés ? telles la mesure de l'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le domaine.) d'une étoile ou la diminution de lumière stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) générée par le passage d'une planète en transit ? ne se prêtent pas à la détection de protoplanètes.

(2) Le mouvement du gaz autour d'une étoile en l'absence de planètes suit un schéma très simple et prévisible à la fois (rotation képlérienne), qu'il est quasiment impossible d'altérer, de manière cohérente et localement. De sorte que seule la présence d'un objet relativement massif est susceptible de générer de telles perturbations.

(3) Les surprenantes images de HD 163296 et d'autres systèmes similaires acquises par ALMA ont révélé d'étonnantes structures composées d'anneaux concentriques et de sillons vides au sein des disques protoplanétaires. Ces sillons peuvent attester de l'éjection de la poussière et du gaz par les protoplanètes le long de leurs orbites, ainsi que de leur intégration au sein de leurs propres atmosphères. Une étude antérieure du disque de cette étoile révèle que les espaces vides de poussière et de gaz se chevauchent, suggérant qu'au moins deux planètes s'y sont formées.

Toutefois, les observations initiales n'ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel...) que des preuves circonstancielles et n'ont pu être utilisées pour estimer les masses des planètes.

(4) Cela correspond à respectivement 80, 140 et 260 fois la distance séparant la Terre du Soleil.

(5) Cette technique s'apparente à celle ayant conduit à la découverte de la planète Neptune au cours du XIXème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois...). Dans ce cas, des anomalies repérées dans le mouvement de la planète Uranus ont été attribuées à l'effet gravitationnel d'un corps inconnu, qui fut découvert visuellement en 1846 et s'avéra constituer la huitième planète du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...).


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