Lorsque les scientifiques des exoplanètes ont repéré pour la première fois des motifs dans des disques de poussière et de gaz autour de jeunes étoiles, ils pensaient que les planètes nouvellement formées pourraient en être la cause. Mais une étude récente de la NASA met en garde qu'il pourrait y avoir une autre explication, celle qui n'implique pas du tout les planètes.

Les chasseurs d'exoplanètes surveillent les étoiles pour quelques signes révélateurs qu'il pourrait y avoir des planètes en orbite, comme des changements dans la couleur et la luminosité de la lumière des étoiles. Pour les jeunes stars, qui sont souvent entourés de disques de poussière et de gaz, les scientifiques recherchent des motifs dans les débris, tels que des anneaux, des arcs et des spirales, qui pourraient être causés par un monde en orbite.

"Nous explorons ce que nous pensons être le principal concurrent alternatif à l'hypothèse de la planète, c'est-à-dire que la poussière et le gaz dans le disque forment les motifs lorsqu'ils sont touchés par la lumière ultraviolette, " a déclaré Marc Kuchner, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Kuchner a présenté jeudi les résultats de la nouvelle étude, 11 janvier lors de la réunion de l'American Astronomical Society à Washington. Un article décrivant les résultats a été soumis au Journal d'astrophysique .

Lorsque la lumière des étoiles UV à haute énergie frappe les grains de poussière, il enlève des électrons. Ces électrons entrent en collision et chauffent le gaz à proximité. Au fur et à mesure que le gaz se réchauffe, sa pression augmente et il emprisonne plus de poussière, qui à son tour chauffe plus de gaz. Le cycle résultant, appelée instabilité photoélectrique (PeI), peuvent travailler en tandem avec d'autres forces pour créer certaines des caractéristiques que les astronomes ont précédemment associées aux planètes dans les disques de débris.

Kuchner et ses collègues ont conçu des simulations informatiques pour mieux comprendre ces effets. La recherche a été dirigée par Alexander Richert, doctorant à Penn State à University Park, Pennsylvanie, et comprend Wladimir Lyra, professeur d'astronomie à la California State University, Northridge et associé de recherche au Jet Propulstion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. Les simulations ont été exécutées sur le cluster de supercalculateur Discover du NASA Center for Climate Simulation à Goddard.

En 2013, Lyra et Kuchner ont suggéré que PeI pourrait expliquer les anneaux étroits observés dans certains disques. Leur modèle a également prédit que certains disques auraient des arcs, ou anneaux incomplets, qui ont été observés directement pour la première fois en 2016.

"Les gens modélisent très souvent ces systèmes avec des planètes, mais si vous voulez savoir à quoi ressemble un disque avec une planète, il faut d'abord savoir à quoi ressemble un disque sans planète, ", a déclaré Richert.

Richert est l'auteur principal de la nouvelle étude, qui s'appuie sur les simulations précédentes de Lyra et Kuchner en incluant un nouveau facteur supplémentaire :la pression de rayonnement, une force causée par la lumière des étoiles frappant les grains de poussière.

La lumière exerce une infime force physique sur tout ce qu'elle rencontre. Cette pression de rayonnement propulse les voiles solaires et aide à diriger les queues des comètes afin qu'elles soient toujours dirigées loin du Soleil. La même force peut pousser la poussière dans des orbites très excentriques, et même souffler entièrement certains des plus petits grains du disque.

Les chercheurs ont modélisé la façon dont la pression de rayonnement et le PeI fonctionnent ensemble pour affecter le mouvement de la poussière et du gaz. Ils ont également constaté que les deux forces manifestent des schémas différents en fonction des propriétés physiques de la poussière et du gaz.

Les simulations de PeI de 2013 ont révélé comment la poussière et le gaz interagissent pour créer des anneaux et des arcs, comme celles observées autour de la vraie étoile HD 141569A. Avec l'inclusion de la pression de rayonnement, les modèles 2017 montrent comment ces deux facteurs peuvent créer des spirales comme celles également observées autour d'une même étoile. Alors que les planètes peuvent également provoquer ces modèles, les nouveaux modèles montrent que les scientifiques devraient éviter de sauter aux conclusions.

"Carl Sagan avait l'habitude de dire que des allégations extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires, " Lyra a déclaré. "Je pense que nous sommes parfois trop rapides à sauter à l'idée que les structures que nous voyons sont causées par des planètes. C'est ce que je considère comme une réclamation extraordinaire. Nous devons exclure tout le reste avant de prétendre cela. »

Kuchner et ses collègues ont déclaré qu'ils continueraient à prendre en compte d'autres paramètres dans leurs simulations, comme les turbulences et les différents types de poussières et de gaz. Ils ont également l'intention de modéliser comment ces facteurs pourraient contribuer à la formation de motifs autour de différents types d'étoiles.