Planètes en formation dans un disque circumbinaire

Dans les disques protoplanétaires entourant les étoiles jeunes de masse similaire au Soleil, les observations à très haute résolution angulaire d’ALMA ont déjà montré de nombreux signes indirects de formation planétaire, surtout dans la structure des disques de poussières où la présence de planètes génère des sillons, créés par interaction gravitationnelle avec le disque. Les cas d’observations révélant des planètes via la distribution du gaz (CO essentiellement) sont extrêmement rares (eg AB Auriga, Tang et al 2017). De plus, 50% des étoiles sont dans des systèmes binaires ou multiples, et le satellite Kepler a révélé des système multiplanétaires en orbite autour d’étoiles simples et binaires.
Nous avons observé le disque circumstellaire de l’étoile triple GG Tau, de type T Tauri, dans une transition spectroscopique du monoxyde de carbone (12CO 2-1) à la résolution angulaire de 0.3’’ équivalente à 45 unités astronomiques (ua). Ces observations montrent la présence de plusieurs spirales, vraisemblablement générées par la présence de planètes enfouies dans le disque circumstellaire. Nous avons modélisé ces spirales en utilisant la prescription analytique (développée par Muto et al 2012) décrivant des spirales induites par des planètes, dans le cadre de perturbations linéaires. 
Spirales induites par trois planètes putatives, GG Tau Ac (noir), GG Tau Ad (cyan) et GG Tau Ae (bleu). Les ellipses blanches indiquent les bord intérieur et extérieur approximatif de l’anneau de poussière.
La spirale la plus brillante est bien reproduite par une onde de densité excitée par une proto-planète (GG Tau Ac) à la position du point chaud (290 ua) observé par Dutrey et al. (2014), juste au delà de l’anneau de poussières. L’absence d’un sillon clair implique que la masse de cette planète est significativement plus faible que celle de Jupiter, de l’ordre de la masse de Neptune ou moins. De plus, les autres spirales les plus brillantes peuvent être reproduites en ajoutant une (ou deux) planètes à l’extérieur. La planète la plus proche de GG Tau Ac, apparait de plus en résonance de moyen mouvement 2:1 avec GG Tau Ac.
Au niveau dynamique, la présence de GG Tau Ac confine gravitationnellement (en accord avec les modèles hydrodynamiques, voir Pierens & Nelson 2013) l’anneau de gaz et de poussières dans une position stable expliquant aussi pourquoi la masse de cet anneau est si élevée (0.12 Masse solaire). Notre résultat montre aussi que des planètes de la masse de Neptune peuvent se former dans des disques circumbinaires ou circumstellaires. 

Contacts au LAB: Anne Dutrey et Emmanuel Di Folco (équipe AMOR)

Pour en savoir plus:

N.T. Phuong, A. Dutrey, E. Di Folco, S. Guilloteau, A.Pierens, J. Bary, T. Beck, E. Chapillon, O. Denis-Alpizar, P. N. Diep, L. Majumdar, V. Pietu, and Y-W. Tang           DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037682

Site de l’INSU: https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/une-meilleure-comprehension-de-la-formation-des-planetes-dans-les-systemes-stellaires