Pendant des décennies, l'hypothèse la plus largement acceptée sur la formation de notre système solaire a été l'hypothèse nébulaire. Selon cette théorie, le Soleil, les planètes et tous les autres objets du système solaire se sont formés à partir de matériaux nébuleux il y a des milliards d'années. Cette poussière a connu un effondrement gravitationnel au centre, formant notre Soleil, tandis que le reste du matériau a formé un anneau de débris circumstellaire qui s'est fusionné pour former les planètes.
Grâce au développement des télescopes modernes, les astronomes ont pu sonder d'autres systèmes stellaires pour tester cette hypothèse. Malheureusement, dans la plupart des cas, les astronomes n'ont pu observer que des anneaux de débris autour des étoiles avec des indices de planètes en formation. Ce n'est que récemment qu'une équipe d'astronomes européens a pu capturer une image d'une planète nouveau-née, démontrant ainsi que les anneaux de débris sont en effet le berceau des planètes.
Les recherches de l'équipe sont apparues dans deux articles récemment publiés dans Astronomie et astrophysique, intitulé «Découverte d'un compagnon de masse planétaire dans l'espace du disque de transition autour de PDS 70» et «Caractérisation orbitale et atmosphérique de la planète dans l'espace du disque de transition PDS 70». L'équipe derrière les deux études comprenait un membre de l'Institut Max Planck pour l'astronomie (MPIA) ainsi que plusieurs observatoires et universités.
Pour leurs études, les équipes ont sélectionné PDS 70b, une planète qui a été découverte à une distance de 22 unités astronomiques (AU) de son étoile hôte et qui serait un corps nouvellement formé. Dans la première étude - dirigée par Miriam Keppler du Max Planck Institute for Astronomy - l'équipe a indiqué comment elle avait étudié le disque protoplanétaire autour de l'étoile PDS 70.
PDS 70 est une étoile T Tauri de faible masse située dans la constellation du Centaure, à environ 370 années-lumière de la Terre. Cette étude a été réalisée à l'aide d'images d'archives dans la bande proche infrarouge prises par l'instrument Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) sur le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO et le Near-Infrared Coronagraphic Imager sur le Gemini South Telescope .
À l'aide de ces instruments, l'équipe a effectué la première détection robuste d'une jeune planète (PDS 70b) en orbite dans un espace du disque protoplanétaire de son étoile et située à environ trois milliards de kilomètres (1,86 milliard de milles) de son étoile centrale - à peu près la même distance entre Uranus et le soleil. Dans la deuxième étude, dirigée par Andre Muller (également du MPIA), l'équipe décrit comment ils ont utilisé l'instrument SPHERE pour mesurer la luminosité de la planète à différentes longueurs d'onde.
À partir de cela, ils ont pu déterminer que PDS 70b est une géante gazeuse qui a environ neuf masses Jupiter et une température de surface d'environ 1000 ° C (1832 ° F), ce qui en fait un "Super-Jupiter chaud" particulièrement. La planète doit être plus jeune que son étoile hôte et est probablement encore en croissance. Les données indiquent également que la planète est entourée de nuages qui modifient le rayonnement émis par le noyau planétaire et son atmosphère.
Grâce aux instruments avancés utilisés, l'équipe a également pu acquérir une image de la planète et de son système. Comme vous pouvez le voir sur l'image (affichée en haut) et la vidéo ci-dessous, la planète est visible comme un point lumineux à droite du centre noirci de l'image. Cette région sombre est due à un corongraphe, qui bloque la lumière de l'étoile afin que l'équipe puisse détecter le compagnon beaucoup plus faible.
Comme l'explique Miriam Keppler, étudiante postdoctorale au MPIA, dans un récent communiqué de presse de l'ESO:
«Ces disques autour de jeunes étoiles sont les lieux de naissance des planètes, mais jusqu'à présent, seules quelques observations ont détecté des indices de planètes bébé en eux. Le problème est que jusqu'à présent, la plupart de ces candidats sur la planète auraient pu être des fonctionnalités du disque. »
En plus de repérer la jeune planète, les équipes de recherche ont également noté qu'elle avait sculpté le disque protoplanétaire en orbite autour de l'étoile. Essentiellement, l'orbite de la planète a tracé un trou géant au centre du disque après avoir accumulé de la matière. Cela signifie que le PDS 70b est toujours situé à proximité de son lieu de naissance, est susceptible d'accumuler encore du matériel et continuera de croître et de changer.
Pendant des décennies, les astronomes étaient conscients de ces lacunes dans le disque protoplanétaire et ont supposé qu'elles étaient produites par une planète. Maintenant, ils ont enfin les preuves pour soutenir cette théorie. Comme l'a expliqué André Müller:
“Les résultats de Keppler nous ouvrent une nouvelle fenêtre sur les premiers stades complexes et mal compris de l’évolution planétaire. Nous avions besoin d'observer une planète dans le disque d'une jeune étoile pour vraiment comprendre les processus derrière la formation de la planète.“
Ces études seront une aubaine pour les astronomes, notamment en ce qui concerne les modèles théoriques de formation et d'évolution des planètes. En déterminant les propriétés atmosphériques et physiques de la planète, les astronomes ont pu tester des aspects clés de l'hypothèse nébulaire. La découverte de cette jeune planète enveloppée de poussière n'aurait pas été possible sans les capacités de l'instrument SPHERE de l'ESO.
Cet instrument étudie les exoplanètes et les disques autour des étoiles proches à l'aide d'une technique connue sous le nom d'imagerie à contraste élevé, mais s'appuie également sur des stratégies avancées et des techniques de traitement des données. En plus de bloquer la lumière d'une étoile avec un coronographe, SPHERE est capable de filtrer les signaux de compagnons planétaires faibles autour de jeunes étoiles brillantes à plusieurs longueurs d'onde et époques.
Comme l'a déclaré le professeur Thomas Henning - directeur du MPIA, co-chercheur allemand de l'instrument SPHERE et auteur principal des deux études - dans un récent communiqué de presse du MPIA:
«Après dix ans de développement de nouveaux instruments astronomiques puissants tels que SPHERE, cette découverte nous montre que nous sommes enfin capables de trouver et d'étudier des planètes au moment de leur formation. C'est la réalisation d'un rêve longtemps chéri. »
Les futures observations de ce système permettront également aux astronomes de tester d'autres aspects des modèles de formation des planètes et de se renseigner sur l'histoire précoce des systèmes planétaires. Ces données contribueront également grandement à déterminer comment notre propre système solaire s'est formé et a évolué au cours de ses débuts.
