Les astronomes ont publié ce mois-ci la plus grande collection d'objets tranchants, images détaillées de disques de débris autour de jeunes étoiles, mettant en valeur la grande variété de formes et de tailles des systèmes stellaires au cours de leurs premières années de formation des planètes. Étonnamment, presque tous montraient des traces de planètes.

Les images ont été obtenues sur une période de quatre ans par un instrument de précision, le Gemini Planet Imager (GPI), monté sur le télescope Gemini South de 8 mètres au Chili. Le GPI utilise un système d'optique adaptative de pointe pour éliminer le flou atmosphérique, fournissant les images les plus nettes à ce jour de bon nombre de ces disques.

Des instruments au sol comme le GPI, qui est en cours de mise à niveau pour effectuer des observations similaires dans le ciel du nord depuis le télescope Gemini North à Hawaï, peut être un moyen de filtrer les étoiles avec des disques de débris suspectés pour déterminer celles qui valent la peine d'être ciblées par les plus puissantes, Mais cher, télescopes pour trouver des planètes, en particulier, planètes habitables. Plusieurs 20-, télescopes de 30 et 40 mètres, tels que le télescope géant de Magellan et le télescope extrêmement grand, sera en ligne dans les deux prochaines décennies, tandis que le télescope spatial James Webb en orbite devrait être lancé en 2021.

"Il est souvent plus facile de détecter le disque rempli de poussière que les planètes, donc vous détectez d'abord la poussière et ensuite vous savez pointer votre télescope spatial James Webb ou votre télescope spatial romain Nancy Grace vers ces systèmes, réduire le nombre d'étoiles que vous devez passer au crible pour trouver ces planètes en premier lieu, " dit Tom Esposito, un boursier postdoctoral à l'Université de Californie, Berkeley.

Esposito est le premier auteur d'un article décrivant les résultats paru le 15 juin dans Le journal astronomique .

Ceintures de comètes autour d'autres étoiles

Les disques de débris dans les images sont l'équivalent de la ceinture de Kuiper dans notre système solaire, un royaume glacial environ 40 fois plus éloigné du soleil que la Terre - au-delà de l'orbite de Neptune - et plein de rochers, de la poussière et de la glace qui n'ont jamais fait partie d'aucune planète de notre système solaire. Les comètes de la ceinture - des boules de glace et de roche - balayent périodiquement le système solaire interne, faisant parfois des ravages sur Terre, mais aussi fournir des matériaux liés à la vie comme l'eau, carbone et oxygène.

Sur les 26 images de disques de débris obtenues par le Gemini Planet Imager (GPI), 25 avaient des "trous" autour de l'étoile centrale qui ont probablement été créés par des planètes balayant des roches et de la poussière. Sept des 26 étaient auparavant inconnus; les images précédentes des 19 autres n'étaient pas aussi nettes que celles de GPI et n'avaient souvent pas la résolution nécessaire pour détecter un trou intérieur. L'enquête double le nombre de disques de débris imagés à une résolution aussi élevée.

"L'une des choses que nous avons trouvées est que ces soi-disant disques sont en réalité des anneaux avec des clairières intérieures, " dit Esposito, qui est également chercheur au SETI Institute de Mountain View, Californie. "GPI avait une vision claire des régions intérieures proches de l'étoile, alors que dans le passé, les observations du télescope spatial Hubble et des instruments plus anciens depuis le sol ne pouvaient pas voir assez près de l'étoile pour voir le trou qui l'entourait."

Le GPI intègre un coronographe qui bloque la lumière de l'étoile, lui permettant de voir aussi près qu'une unité astronomique (UA) de l'étoile, ou la distance de la Terre à notre soleil :93 millions de miles.

Le GPI a ciblé 104 étoiles inhabituellement brillantes en lumière infrarouge, indiquant qu'ils étaient entourés de débris reflétant la lumière de l'étoile ou réchauffés par l'étoile. L'instrument a enregistré une lumière polarisée dans le proche infrarouge diffusée par de petites particules de poussière, environ un millième de millimètre (1 micron), probablement le résultat de collisions entre des roches plus grosses dans un disque de débris.

"Il n'y a pas eu d'enquête systématique sur de jeunes disques de débris de cette taille, regarder avec le même instrument, utilisant les mêmes modes et méthodes d'observation, " a déclaré Esposito. " Nous avons détecté ces 26 disques de débris avec une qualité de données très cohérente, où l'on peut vraiment comparer les observations, quelque chose d'unique en termes de relevés de disques de débris."

Les sept disques de débris jamais imagés de cette manière faisaient partie des 13 disques autour des étoiles se déplaçant ensemble à travers la Voie lactée, membres d'un groupe appelé l'association stellaire Scorpius-Centaurus, qui se situe entre 100 et 140 parsecs de la Terre, ou quelque 400 années-lumière.

« C'est comme le lieu de pêche parfait ; notre taux de réussite était bien supérieur à tout ce que nous avons jamais fait, " a déclaré Paul Kalas, un professeur adjoint d'astronomie à l'UC Berkeley qui est le deuxième auteur de l'article. Parce que tous les sept sont autour d'étoiles nées dans la même région à peu près au même moment, "ce groupe lui-même est un mini-laboratoire où nous pouvons comparer et contraster les architectures de nombreuses pépinières planétaires se développant simultanément dans une gamme de conditions, quelque chose que nous n'avions vraiment pas avant, " ajouta Esposito.

Sur les 104 étoiles observées, 75 n'avaient pas de disque d'une taille ou d'une densité que GPI puisse détecter, bien qu'ils puissent bien être entourés de débris laissés par la formation de la planète. Trois autres étoiles ont été observées pour héberger des disques appartenant à la phase d'évolution "protoplanétaire" antérieure.

À quoi ressemblait notre système solaire à ses débuts ?

L'étendue des disques de débris variait considérablement, mais la plupart se situaient entre 20 et 100 UA. Il s'agissait d'étoiles dont l'âge variait de dizaines de millions d'années à quelques centaines de millions d'années, une période très dynamique pour l'évolution des planètes. La plupart étaient plus grands et plus brillants que le soleil.

La seule étoile, HD 156623, qui n'avait pas de trou au centre du disque de débris était l'un des plus jeunes du groupe, ce qui correspond aux théories sur la formation des planètes. Initialement, le disque protoplanétaire doit être relativement uniforme, mais à mesure que le système vieillit, des planètes se forment et balaient la partie interne du disque.

"Quand on regarde les disques circumstellaires plus jeunes, comme les disques protoplanétaires qui sont dans une phase d'évolution antérieure, quand les planètes se forment, ou avant que les planètes aient commencé à se former, il y a beaucoup de gaz et de poussière dans les zones où l'on trouve ces trous dans les anciens disques de débris, " a déclaré Esposito. " Quelque chose a supprimé ce matériau au fil du temps, et l'une des façons de le faire est d'utiliser des planètes."

Parce que la lumière polarisée des disques de débris peut théoriquement dire aux astronomes la composition de la poussière, Esposito espère affiner les modèles pour prédire la composition, en particulier, détecter l'eau, qui est considéré comme une condition de vie.

Des études comme celles-ci pourraient aider à répondre à une question persistante sur notre propre système solaire, dit Kalas.

"Si vous remontez l'horloge de notre propre système solaire de 4,5 milliards d'années, lequel de ces disques étions-nous ? Étions-nous un anneau étroit, ou étions-nous une tache floue ? » dit-il. « Ce serait formidable de savoir à quoi nous ressemblions à l'époque pour comprendre nos propres origines. C'est la grande question sans réponse."