De nouvelles observations pointues ont révélé des caractéristiques frappantes dans les disques formant des planètes autour de jeunes étoiles. L'instrument SPHERE, monté sur le Très Grand Télescope de l'ESO, a permis d'observer la dynamique complexe des jeunes systèmes solaires. Les résultats récemment publiés par trois équipes d'astronomes montrent la capacité impressionnante de SPHERE à capturer la façon dont les planètes sculptent les disques qui les forment, exposant ainsi la complexité de l'environnement dans lequel les nouveaux mondes se forment.

Trois équipes d'astronomes ont utilisé SPHERE, un instrument avancé de chasse aux exoplanètes sur le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire de Paranal de l'ESO, afin de faire la lumière sur l'évolution énigmatique des systèmes planétaires naissants. L'explosion du nombre d'exoplanètes connues ces dernières années a fait de leur étude l'un des domaines les plus dynamiques de l'astronomie moderne.

Aujourd'hui, on sait que les planètes se forment à partir de vastes disques de gaz et de poussière entourant des étoiles nouveau-nées, appelés disques protoplanétaires. Celles-ci peuvent s'étendre sur des milliers de millions de kilomètres. Heures supplémentaires, les particules de ces disques protoplanétaires entrent en collision, se combinent et finissent par former des corps de la taille d'une planète. Cependant, les détails les plus fins de l'évolution de ces disques formant des planètes restent mystérieux.

SPHERE est un ajout récent à la gamme d'instruments du VLT et avec sa combinaison de nouvelles technologies, il fournit une méthode puissante pour imager directement les détails fins des disques protoplanétaires. L'interaction entre les disques protoplanétaires et les planètes en croissance peut façonner les disques sous diverses formes :vastes anneaux, bras spiraux ou vides ombragés. Ceux-ci sont d'un intérêt particulier car un lien sans ambiguïté entre ces structures et les planètes sculptantes n'a pas encore été trouvé; un mystère que les astronomes sont désireux de résoudre. Heureusement, Les capacités spécialisées de SPHERE permettent aux équipes de recherche d'observer directement ces caractéristiques frappantes des disques protoplanétaires.

Par exemple, RX J1615 est une jeune star, qui se trouve dans la constellation du Scorpion, 600 années-lumière de la Terre. Une équipe dirigée par les Jos de Boer, de l'Observatoire de Leyde aux Pays-Bas, a trouvé un système complexe d'anneaux concentriques entourant la jeune étoile, formant une forme ressemblant à une version titanesque des anneaux qui entourent Saturne. Une telle sculpture complexe d'anneaux dans un disque protoplanétaire n'a été imagée qu'une poignée de fois auparavant, et encore plus excitant, l'ensemble du système semble n'avoir que 1,8 million d'années. Le disque montre des indices d'être façonnés par des planètes encore en cours de formation.

L'âge du disque protoplanétaire nouvellement détecté fait du RX J1615 un système exceptionnel, car la plupart des autres exemples de disques protoplanétaires détectés jusqu'à présent sont relativement anciens ou évolués. Le résultat inattendu de De Boer a rapidement été repris par les conclusions d'une équipe dirigée par Christian Ginski, également de l'Observatoire de Leyde. Ils ont observé la jeune étoile HD 97048, situé dans la constellation du Caméléon, à environ 500 années-lumière de la Terre. Grâce à une analyse minutieuse, ils ont découvert que le disque juvénile autour de cette étoile s'est également formé en anneaux concentriques. La symétrie de ces deux systèmes est un résultat surprenant, comme la plupart des systèmes protoplanétaires contiennent une multitude de bras spiraux asymétriques, vides et tourbillons. Ces découvertes augmentent considérablement le nombre de systèmes connus avec de multiples anneaux hautement symétriques.

Un exemple particulièrement spectaculaire du disque asymétrique le plus courant a été capturé par un groupe d'astronomes dirigé par Tomas Stolker de l'Institut d'astronomie Anton Pannekoek, les Pays-Bas. Ce disque entoure l'étoile HD 135344B, à environ 450 années-lumière. Bien que cette étoile ait été bien étudiée dans le passé, SPHERE a permis à l'équipe de voir le disque protoplanétaire de l'étoile plus en détail que jamais. La grande cavité centrale et les deux structures proéminentes en forme de bras en spirale auraient été créées par une ou plusieurs protoplanètes massives, destinés à devenir des mondes semblables à Jupiter.

En outre, quatre stries sombres, apparemment des ombres projetées par le mouvement du matériel à l'intérieur du disque du HD 135344B, ont été observés. Remarquablement, l'une des séquences a sensiblement changé au cours des mois entre les périodes d'observation :un exemple rare d'observation de l'évolution planétaire se produit en temps réel, faisant allusion à des changements se produisant dans les régions internes du disque qui ne peuvent pas être directement détectés par SPHERE. En plus de produire de belles images, ces ombres vacillantes offrent un moyen unique de sonder la dynamique des régions les plus internes du disque.

Comme pour les anneaux concentriques trouvés par de Boer et Ginski, ces observations de l'équipe de Stolker prouvent que l'environnement complexe et changeant des disques entourant les jeunes étoiles est encore capable de produire de nouvelles découvertes surprenantes. En construisant un corpus impressionnant de connaissances sur ces disques protoplanétaires, ces équipes se rapprochent de la compréhension de la façon dont les planètes façonnent les disques qui les forment, et donc de la formation des planètes elle-même.