L’instrument SPHERE/VLT observe les signes d’une planète en formation autour de l’étoile AB Aurigae

Bien que l’on connaisse des milliers d’exoplanètes, on sait très peu de choses sur leur formation. Il est communément admis que les planètes se forment dans les premiers millions d’années de la vie des systèmes planétaires, à l’intérieur de grands disques protoplanétaires par accumulation de gaz et de poussières. De nouvelles observations du système AB Aurigae, publiées le 20 Mai 2020 dans le journal Astronomy & Astrophysics et réalisées par une équipe comprenant plusieurs chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (Université de Bordeaux & CNRS), permettent de mieux comprendre ces processus de formation et de les confronter aux travaux théoriques.

L’étoile AB Aurigae, située à 520 années-lumière, fait partie des systèmes très jeunes où l’on pense que la formation planétaire a déjà démarré. Il y a trois ans, l’interféromètre radio-millimétrique ALMA avait déjà pu identifier deux grandes spirales de gaz dans la zone interne du système, à moins de 100 unités astronomiques de l’étoile (1). Cette image avait été primée au concours du CNRS « La preuve par l’image » en 2019 (2). D’après les modèles théoriques, une protoplanète peut créer une perturbation dans le disque de gaz qui se manifeste sous la forme de spirales. Une telle perturbation est comparable à l’onde qui se propage dans le sillage d’un bateau se déplaçant sur l’eau, elle s’enroule en spirale du fait de la rotation de la planète autour de son étoile.

Le système AB Aurigae observé par VLT/SPHERE (European Southern Observatory-ESO) en mode polarimétrique. L’image de gauche représente le champ complet de la caméra, et celle de droite est un agrandissement d’un facteur 10. La courbe verte représente le modèle théorique d’une onde spirale produite par une planète matérialisée par le cercle vert.

Les observations obtenues avec l’imageur SPHERE au Very Large Telescope (ESO) entre fin 2019 et début 2020 ont permis non seulement de confirmer la présence de ces spirales, grâce à la diffusion de la lumière stellaire par les petits grains de poussière qu’elles contiennent, mais surtout d’identifier une structure en forme de « S » qui s’apparente à la torsion attendue pour une spirale lorsque celle-ci est générée par une protoplanète. En réalité cette torsion correspond à la connexion entre deux spirales : l’une partant vers l’intérieur de l’orbite de la planète et l’autre vers l’extérieur. Ces spirales permettent à la planète d’accréter de la matière et de grossir. Bien que la planète à l’origine de cette spirale ne soit pas visible, c’est la première fois que l’on peut mettre en évidence une telle structure, parfaitement expliquée par les modèles de formation planétaire comme le montre la figure. Le point de convergence des deux spirales se situe à une distance de 30 unités astronomiques de l’étoile centrale, c’est à dire à peu près la distance de Neptune dans le Système Solaire. Il reste toutefois difficile de déterminer la masse de l’objet produisant ces spirales compte tenu de la forte absorption par le gaz et la poussière environnants. Ce nouveau résultat renforce l’intérêt d’observer des systèmes très jeunes en exploitant la synergie entre les instruments SPHERE et ALMA.

L’équipe qui a obtenu ces données est menée par A. Boccaletti (LESIA, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, CNRS, France), et composée de E. Di Folco (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Université de Bordeaux, CNRS, France [Bordeaux]), E. Pantin (Laboratoire CEA, IRFU/DAp, AIM, Université Paris-Saclay, Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, CNRS, France), A. Dutrey (Bordeaux), S. Guilloteau (Bordeaux), Y. W. Tang (Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics, Taipei, Taiwan), V. Piétu (IRAM, Domaine Universitaire, France), E. Habart (Institut d’astrophysique spatiale, CNRS UMR 8617, Université Paris-Sud 11, France), J. Milli (CNRS, IPAG, Univ. Grenoble Alpes, France), T. L. Beck (Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD, USA), et A.-L. Maire (STAR Institute, Université de Liège, Belgium).

Notes

Communiqué de presse de l’ESO : https://www.eso.org/public/news/eso2008/

Communication de l’INSU : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/observer-la-formation-de-planete-grace-aux-systemes-sphere-et-alma