Anneaux multiples dans les disques protoplanétaires: une planète pour les gouverner tous
Publié par Redbran le 18/03/2020 à 14:00
Source: IRAP – CNRS/CNES/UT3 Paul Sabatier

Les observations récentes de disques protoplanétaires, ces systèmes planétaires en formation, dévoilent fréquemment des séquences d'anneaux sombres et brillants. Alors que ces structures sont souvent attribuées à de multiples planètes, des simulations numériques montrent qu'elles peuvent être générées par une seule Saturne qui se déplace par à-coups vers son 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 résultats publiés dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) sont issus de travaux menés à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de 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...) en 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...) et 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...) (IRAP – CNRS/CNES/UT3 Paul Sabatier).

De plus en plus de planètes sont détectées autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'étoiles autres que le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est...). Il existe même de nombreux cas de systèmes multiplanétaires, dont les planètes se sont formées pendant les jeunes années de leur étoile. Chaque 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...) que l'on observe fréquemment aujourd'hui constitue donc une photographie précieuse d'un système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes (astéroïdes, comètes...) gravitant...) en devenir, et leur compréhension est un enjeu essentiel pour modéliser la formation et l'évolution des planètes.

On observe très régulièrement des structures dans la 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)...) émise par la poussière des disques protoplanétaires. Ces structures, qui prennent souvent la forme d'anneaux brillants et sombres, sont les témoins figés de mécanismes dynamiques à l'œuvre et ont suscité beaucoup d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de la part des modélisateurs des disques protoplanétaires. Selon un modèle répandu, chaque anneau sombre correspondrait au sillon ouvert par une 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...) qui tourne autour de son étoile à une distance donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction,...). D'une part, il n'y a pas encore de preuve observationnelle de la présence de telles planètes, et d'autre part, l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) entre une planète et le 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...) 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.) protoplanétaire peut modifier rapidement la distance de la planète à son étoile. Prendre en compte cette migration planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) peut donc apporter des informations plus précises quant à l'impact d'une planète sur l'émission des poussières, en radio notamment.


En haut: lumière émise par la poussière de quatre disques protoplanétaires observés grâce au radiotélescope ALMA. On peut voir sur ces images des séquences d'anneaux brillants et sombres. Crédit: Huang et al. (2018).
En bas: Prédiction de l'émission radio de poussières perturbées par le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la...) saccadé d'une planète géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus...) dans son disque. L'alternance d'anneaux brillants et sombres montre un contraste d'intensité observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre...) avec la sensibilité actuelle d'ALMA.

Des simulations numériques d'un disque protoplanétaire de gaz et de poussières réalisées à l'IRAP ont permis de montrer que la migration intermittente d'une planète de type Saturne dans son disque est capable de générer des anneaux successifs de poussières millimétriques. Des calculs complémentaires de transfert radiatif dans la poussière, qui modélisent l'interaction entre les rayons lumineux de l'étoile centrale et les poussières du disque, ont par ailleurs confirmé que la présence de ces anneaux de poussières conduit à une alternance d'anneaux brillants et sombres dans l'émission radio. De plus, le contraste d'intensité obtenu entre anneaux brillants et sombres est détectable avec la sensibilité actuelle du radiotélescope ALMA.

Pour en savoir plus:
Intermittent planet (Un Planet est un site Web dynamique qui agrège le plus souvent sur une seule page, le contenu de notes, d'articles ou de billets publiés sur des blogs ou sites Web afin d'accentuer leur visibilité et de faire ressortir des...) migration and the formation of multiple dust rings and gaps in protoplanetary disks
G. Wafflard-Fernandez & C. Baruteau, MNRAS, 2020,
Doi: 10.1093/mnras/staa379

Contacts IRAP:
- Gaylor Wafflard-Fernandez - doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable selon les pays...) UT3
- Clément Baruteau - chargé de recherche CNRS
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