Un disque protoplanétaire déchiré par ses trois étoiles centrales

Publié par Adrien le 09/09/2020 à 09:00
Source: ESO
Une équipe d'astronomes vient pour la première fois de démontrer que des groupes d'étoiles sont capables d'altérer leur disque de formation planétaire, de le déformer et de le scinder en anneaux inclinés. Cette nouvelle étude suggère que les planètes exotiques, semblables à Tatooine (Tatooine, ou Tatouïne en français, est une planète désertique de l'univers de Star Wars, située à la bordure extérieure de la République. Cette planète n'est en...) dans Star Wars (Star Wars ou La Guerre des étoiles, est une saga cinématographique de science-fiction créée par George Lucas, emblématique...), sont susceptibles de se former au sein d'anneaux inclinés dans des disques courbés 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,...) de leurs étoiles. Ces résultats ont été obtenus à partir d'observations menées au moyen du Very Large Télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) de l'Observatoire Européen Austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (le VLT de l'ESO) et du 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...) (sub-) Millimétrique de l'Atacama.


Notre 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...) est remarquablement plat, l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) des planètes orbitant dans le même plan. Ceci n'est toutefois pas toujours le cas, notamment des disques protoplanétaires situés en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une chose.) d'étoiles multiples, tel l'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...) de cette nouvelle étude: GW Orionis. Ce système, situé à quelque 1300 années-lumière 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...) 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...) d'Orion, est composé de trois étoiles et d'un 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.) périphérique déformé, déchiré.

“Nos images révèlent le cas extrême d'un disque tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) sauf plat, déformé et déchiré comme en témoigne la découverte d'un anneau incliné originaire du disque” souligne Stefan Klaus, professeur 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...) à 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 États-Unis, au...) d'Exeter au Royaume Uni, auteur principal de l'étude publiée 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...) au sein de la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens...). L'anneau incliné se situe à l'intérieur du disque, non loin des trois étoiles.

En outre, ce nouveau travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) révèle que l'anneau interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon...) se compose de poussière à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de 30 masses terrestres, ce qui devrait suffire à former de nouvelles planètes. “Toute 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...) formée au sein de l'anneau incliné sera caractérisée par une 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.) fortement inclinée autour de l'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.). Nous estimons être en mesure de découvrir à l'avenir de nombreuses planètes decrivant des orbites obliques, très éloignées, dans le cadre de campagnes d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie....), menées au moyen notamment de l'ELT”, l'Extremely Large Telescope de l'ESO qui entrera en fonction à la fin de cette décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), précise Alexander Kreplin de l'université d'Exeter, par ailleurs membre de l'équipe. Puisque plus de la moitié des étoiles peuplant notre ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) sont nées avec un ou plusieurs compagnons, un nouveau champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'investigation s'ouvre à nous: une population encore inconnue d'exoplanètes pourrait orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows, créé par le Dr Martin Schweiger, professeur à la University College London.) autour d'étoiles sur des trajectoires particulièrement inclinées et distantes.

Pour parvenir à ces conclusions, l'équipe a observé GW Orionis durant plus de 11 ans. Dès 2008, ils utilisèrent les instruments AMBER puis GRAVITY installés sur l'Interférometre du VLT de l'ESO au Chili, qui combine 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) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) en provenance des différents télescopes composant le VLT, afin d'étudier la danse gravitationnelle des trois étoiles du système et de cartographier leurs orbites. '“Il nous est apparu que les trois étoiles n'orbitent pas dans le même plan, et que leurs orbites ne sont alignées, ni les unes par rapport aux autres, ni avec le disque”, précise Alison Young des Universités de Leicester et d'Exeter, par ailleurs membre de l'équipe.

L'équipe a également observé le système au moyen de l'instrument SPHERE installé sur le VLT de l'ESO et du réseau ALMA dont l'ESO est partenaire, dans le but d'imager l'anneau interne et de confirmer son inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et...). L'instrument SPHERE de l'ESO leur a également permis d'apercevoir, pour la toute première fois, l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur laquelle se réfléchit cette lumière....) que projette cet anneau sur le reste du disque. Ils en ont déduit la forme tridimensionnelle de l'anneau et du disque dans son ensemble.

L'équipe internationale, composée de chercheurs du Royaume-Uni, de Belgique, du Chili, de France et des États-Unis, a ensuite combiné ses observations exhaustives à des simulations numériques afin de comprendre ce qui était arrivé au système. Pour la toute première fois, ils furent en mesure d'établir un lien étroit entre les inclinaisons observées et l'effet théorique du déchirement de disque, suggérant ainsi que les attractions gravitationnelles conflictuelles exercées par les étoiles du système sur différents plans sont capables de déformer et de déchirer leurs disques.

Leurs simulations ont montré que l'inclinaison des orbites des trois étoiles pouvait causer la brisure, en anneaux distincts, du disque qui les entoure, confirmant ainsi les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...). La forme constatée de l'anneau interne est également en accord avec les résultats des simulations numériques portant sur la brisure de l'anneau.

Il est intéressant de noter qu'une autre équipe ayant étudié le même système au moyen d'ALMA a introduit une variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un...) supplémentaire dans son équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer...) permettant de résoudre le système. “Nous pensons que la présence d'une planète entre les anneaux est requise pour comprendre les raisons du déchirement de l'anneau” précise Jiaqing Bi de l'université de Victoria au Canada, auteur principal d'une étude de GW Orionis publiée au sein des Astrophysical Journal Letters du mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de mai dernier. Son équipe a identifié trois anneaux de poussière dans les données d'ALMA, le plus extérieur d'entre eux étant le plus plus grand jamais observé au sein de disques protoplanetaires.

De futures observations menées au moyen de l'ELT de l'ESO et d'autres télescopes devraient aider les astronomes à mieux comprendre la nature de GW Orionis et à découvrir l'existence de jeunes planètes en formation autour de ses trois étoiles.
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