Cette image montre le disque poussiéreux de matière planétaire entourant la jeune étoile HD 141569, situé à 380 années-lumière de la Terre. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Un nouvel appareil sur le W.M. L'observatoire Keck à Hawaï a livré ses premières images, montrant un anneau de poussière formant une planète autour d'une étoile, et séparément, un frais, corps en forme d'étoile, appelé naine brune, couché près de son étoile compagne.
Le dispositif, appelé coronographe vortex, a été récemment installé à l'intérieur de NIRC2 (Near Infrared Camera 2), la caméra d'imagerie infrarouge performante de Keck. Il a le potentiel d'imager les systèmes planétaires et les naines brunes plus près de leurs étoiles hôtes que tout autre instrument au monde.
"Le coronographe vortex nous permet de scruter les régions autour des étoiles où des planètes géantes comme Jupiter et Saturne sont censées se former, " dit Dmitri Mawet, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et à Caltech, tous deux à Pasadena. "Avant maintenant, nous n'avons pu imaginer que des géantes gazeuses nées bien plus loin. Avec le tourbillon, nous pourrons voir des planètes en orbite aussi près de leurs étoiles que Jupiter l'est de notre soleil, ou environ deux à trois fois plus près que ce qui était possible auparavant."
Les nouveaux résultats de vortex sont présentés dans deux articles, tous deux publiés dans le numéro de janvier 2017 du Journal astronomique . Une étude, dirigé par Gene Serabyn du JPL, la direction générale du projet Keck vortex, présente la première image directe de la naine brune appelée HIP79124 B. Cette naine brune est située à 23 unités astronomiques d'une étoile (une unité astronomique est la distance entre notre soleil et la Terre) dans une région de formation d'étoiles voisine appelée Scorpius-Centaurus.
"La capacité de voir très près des étoiles nous permet également de rechercher des planètes autour d'étoiles plus éloignées, où les planètes et les étoiles apparaîtraient plus proches les unes des autres. Avoir la capacité d'étudier les étoiles lointaines pour les planètes est important pour attraper les planètes encore en formation, " a déclaré Serabyn. Il a également dirigé une équipe qui a testé un prédécesseur du dispositif vortex sur le télescope Hale à l'observatoire Palomar de Caltech, près de San Diego. En 2010, l'équipe a obtenu des images à contraste élevé de trois planètes en orbite dans les confins du système stellaire appelé HR8799.
Le masque de vortex illustré à gauche est fait de diamant synthétique. Le masque mesure 0,4 pouce (1 centimètre) de diamètre et 0,01 pouce (0,3 millimètre) d'épaisseur. Le motif gravé de rainures du vortex est très similaire à un disque compact, le faisant ressembler à une version miniature d'un CD. L'image de droite zoome sur le centre du masque avec un microscope électronique à balayage. Cette vue révèle la microstructure du masque, mettant en valeur ses rainures concentriques, qui ont une épaisseur environ cent fois inférieure à celle d'un cheveu humain. Crédit :Université de Liège/Université d'Uppsala
La deuxième étude de vortex, dirigé par Mawet, présente une image de l'intérieur des trois anneaux poussiéreux, matériau formant une planète autour de la jeune étoile appelée HD141569A. Les résultats, lorsqu'il est combiné avec les données infrarouges des missions Spitzer et WISE de la NASA, et la mission Herschel de l'Agence spatiale européenne, révèlent que le matériau formant la planète de l'étoile est composé de grains d'olivine de la taille d'un caillou, l'un des silicates les plus abondants du manteau terrestre. Les données montrent également que la température de l'anneau le plus interne imagé par le vortex est d'environ moins 280 degrés Fahrenheit (100 Kelvin, ou moins 173 degrés Celsius), un peu plus chaud que notre ceinture d'astéroïdes.
"Les trois anneaux autour de cette jeune étoile sont imbriqués comme des poupées russes et subissent des changements spectaculaires rappelant la formation planétaire, " dit Mawet. " Nous avons montré que les grains de silicate se sont agglomérés en cailloux, qui sont les éléments constitutifs des embryons de planètes."
À propos du coronographe vortex
Le vortex a été inventé en 2005 par Mawet alors qu'il était à l'Université de Liège en Belgique. Le coronographe vortex Keck a été construit par une combinaison de l'Université de Liège, Université d'Uppsala en Suède, JPL et Caltech.
Les premières images et résultats scientifiques de l'instrument vortex démontrent sa capacité à imager des régions formant des planètes cachées sous l'éclat des étoiles. Les étoiles surpassent les planètes par un facteur de quelques milliers à quelques milliards, rendant la faible lumière des planètes très difficile à voir, surtout pour les planètes proches de leurs étoiles. Pour relever ce défi, les chercheurs ont inventé des instruments appelés coronographes, qui utilisent généralement de minuscules masques pour bloquer la lumière des étoiles, un peu comme bloquer le soleil éclatant avec votre main ou une visière de voiture pour mieux voir.
Cette image montre la naine brune HIP 79124 B, situé 23 fois plus loin de son étoile hôte que la Terre ne l'est du soleil. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Ce qui rend le coronographe vortex unique, c'est qu'il ne bloque pas la lumière des étoiles avec un masque, mais au lieu de cela redirige la lumière loin des détecteurs en utilisant une technique dans laquelle les ondes lumineuses sont combinées et annulées. Parce que le vortex ne nécessite pas de masque occultant, il a l'avantage de prendre des images de régions plus proches des étoiles que les autres coronographes. Mawet compare le processus à l'œil d'une tempête.
"L'instrument est appelé coronographe vortex car la lumière des étoiles est centrée sur une singularité optique, ce qui crée un trou noir à l'emplacement de l'image de l'étoile, " a déclaré Mawet. " Les ouragans ont une singularité en leur centre où la vitesse du vent chute à zéro - l'œil de la tempête. Notre coronographe vortex est essentiellement l'œil d'une tempête optique où nous envoyons la lumière des étoiles. »
Quelle est la prochaine étape pour le vortex
À l'avenir, le vortex examinera beaucoup plus de jeunes systèmes planétaires, en particulier les planètes proches des "lignes de givre, " qui sont la région autour d'une étoile où les températures sont assez froides pour les molécules volatiles, comme l'eau, méthane et dioxyde de carbone, se condenser en grains glacés solides. On pense que la ligne de gel divise un système solaire en régions où les planètes sont susceptibles de devenir des géantes rocheuses ou gazeuses. Les relevés de la région de la ligne de gel par le coronographe vortex aideront à répondre aux énigmes en cours sur une classe de chaud, planètes géantes trouvées extrêmement proches de leurs étoiles - les "Jupiters chauds, " et " Neptunes chaudes. " Ces planètes se sont-elles d'abord formées près de la ligne de gel et ont-elles migré dedans, ou se sont-ils formés juste à côté de leurs étoiles ? "Avec un peu de chance, nous pourrions attraper des planètes en train de migrer à travers le disque de formation de planètes, en regardant ces très jeunes objets, " a déclaré Mawet.
"La puissance du vortex réside dans sa capacité à imager des planètes très proches de leur étoile, quelque chose que nous ne pouvons pas encore faire pour les planètes semblables à la Terre, " a déclaré Serabyn. " Le coronographe vortex peut être la clé pour prendre les premières images d'un point bleu pâle comme le nôtre. "
