Ces deux images du télescope spatial Hubble de la NASA, pris à six ans d'intervalle, montrer des taches de matière en mouvement rapide balayant vers l'extérieur à travers un disque de débris autour des jeunes, à proximité de l'étoile naine rouge AU Microscopii (AU Mic). Les naines rouges sont les étoiles les plus abondantes et les plus anciennes de notre galaxie de la Voie lactée. AU Mic a environ 23 millions d'années. L'image du haut a été prise en 2011; le fond en 2017. Le spectrographe d'imagerie du télescope spatial (STIS) de Hubble a pris les images en lumière visible. Cette comparaison des deux images montre le mouvement sur six ans d'un des blobs connus (marqué par une flèche). Les chercheurs estiment que le blob, qui file à près de 15, 000 milles à l'heure, parcouru plus de 820 millions de kilomètres entre 2011 et 2017. C'est à peu près la distance de la Terre à Saturne. Les astronomes ne savent pas comment les blobs sont lancés à travers le système. Finalement, le blob mis en évidence dans l'image va balayer le disque, échapper à l'emprise gravitationnelle de l'étoile, et foncer dans l'espace. Les astronomes s'attendent à ce que la chaîne de gouttes nettoie le disque d'ici 1,5 million d'années. Leurs vitesses d'éjection estimées sont comprises entre 9, 000 miles par heure et 27, 000 milles à l'heure, assez rapide pour échapper aux griffes gravitationnelles de l'étoile. Leur distance actuelle va d'environ 930 millions de milles à plus de 5,5 milliards de milles de l'étoile. Le disque, vu de face, est éclairé par la lumière diffusée par l'étoile. L'éclat de l'étoile, situé au centre du disque, a été bloqué par le coronographe STIS afin que les astronomes puissent voir plus de structure dans le disque. Le point lumineux au-dessus du côté gauche du disque dans l'image 2017 est une étoile d'arrière-plan. Le système réside à 32 années-lumière dans la constellation australe Microscopium. Crédit :NASA, ESA, J. Wisniewski (Université de l'Oklahoma), C. Grady (Eureka Scientifique), et G. Schneider (Observatoire Steward)
Les planètes rocheuses en orbite autour d'étoiles naines rouges peuvent être sèches et sans vie, selon une nouvelle étude utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA. Eau et composés organiques, indispensable à la vie telle que nous la connaissons, peuvent être emportés avant d'atteindre la surface des jeunes planètes.
Cette hypothèse est basée sur des observations surprenantes d'un disque de poussière et de gaz en érosion rapide entourant les jeunes, à proximité de l'étoile naine rouge AU Microscopii (AU Mic) par Hubble et le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral au Chili. Les planètes naissent dans des disques comme celui-ci.
naines rouges, qui sont plus petits et plus faibles que notre Soleil, sont les étoiles les plus abondantes et les plus anciennes de la galaxie.
Des gouttes de matériau en mouvement rapide semblent éjecter des particules du disque AU Mic. Si le disque continue à se dissiper à ce rythme rapide, il aura disparu dans environ 1,5 million d'années. Dans ce court laps de temps, la matière glacée des comètes et des astéroïdes pourrait être éliminée du disque. Les comètes et les astéroïdes sont importants car on pense qu'ils ont ensemencé des planètes rocheuses telles que la Terre avec de l'eau et des composés organiques, les briques chimiques de la vie. Si ce même système de transport est nécessaire pour les planètes du système AU Mic, alors ils peuvent finir « secs » et poussiéreux – inhospitaliers pour la vie telle que nous la connaissons.
"La terre, nous savons, formé 'sec, ' avec un chaud, surface fondue, et accrété de l'eau atmosphérique et d'autres substances volatiles pendant des centaines de millions d'années, étant enrichi de matière glacée provenant de comètes et d'astéroïdes transportés depuis le système solaire externe, " a déclaré le co-investigateur Glenn Schneider de Steward Observatory à Tucson, Arizona.
Les observations sont dirigées par John Wisniewski de l'Université d'Oklahoma à Norman, dont l'équipe est composée de 14 astronomes des États-Unis et d'Europe.
Si l'activité autour de AU Mic est typique du processus d'accouchement planétaire chez les naines rouges, cela pourrait encore réduire les perspectives de mondes habitables à travers notre galaxie. Des observations antérieures suggèrent qu'un torrent de lumière ultraviolette provenant de jeunes étoiles naines rouges dépouille rapidement l'atmosphère de toutes les planètes en orbite. Cette étoile particulière n'a que 23 millions d'années.
Des études ont montré que les planètes terrestres sont communes autour des naines rouges. En réalité, ils devraient contenir la majeure partie de la population de la planète de notre galaxie, qui pourrait compter des dizaines de milliards de mondes. Des planètes ont été trouvées dans la zone habitable de plusieurs naines rouges voisines, mais leurs caractéristiques physiques sont largement inconnues.
Soufflé par les blobs
Les observations du spectrographe d'imagerie du télescope spatial de Hubble (STIS) et du VLT montrent que le disque circumstellaire AU Mic est excavé par des gouttes de matière circumstellaire en mouvement rapide, qui agissent comme un chasse-neige en poussant de petites particules, contenant peut-être de l'eau et d'autres substances volatiles, hors du système. Les chercheurs ne savent pas encore comment les blobs ont été lancés. Une théorie est que de puissantes éjections massives de l'étoile turbulente les ont expulsés. Une telle activité énergétique est courante chez les jeunes naines rouges.
"Ces observations suggèrent que les planètes aquifères pourraient être rares autour des naines rouges parce que tous les corps plus petits transportant de l'eau et des matières organiques sont soufflés lorsque le disque est excavé, " a expliqué Carol Grady d'Eureka Scientific à Oakland, Californie, co-investigateur sur les observations de Hubble.
La théorie conventionnelle soutient qu'il y a des milliards d'années, la Terre s'est formée comme une planète relativement sèche. Astéroïdes et comètes perturbés gravitationnellement, riche en eau du système solaire externe plus froid, bombardé la Terre et ensemencé la surface avec de la glace et des composés organiques. "Toutefois, ce processus peut ne pas fonctionner dans tous les systèmes planétaires, " dit Grady.
L'image du télescope spatial Hubble sur la gauche est une vue latérale d'une partie d'un vaste disque de débris autour des jeunes, à proximité de l'étoile naine rouge AU Microscopii (AU Mic). Bien que des planètes se soient peut-être déjà formées dans le disque, Hubble suit le mouvement de plusieurs énormes gouttes de matériau qui pourraient « déneiger » les débris restants hors du système, y compris les comètes et les astéroïdes. La boîte dans l'image à gauche met en évidence une goutte de matériau s'étendant au-dessus et au-dessous du disque. Le spectrographe imageur du télescope spatial (STIS) de Hubble a pris la photo en 2018, en lumière visible. L'éclat de l'étoile, situé au centre du disque, a été bloqué par le coronographe STIS afin que les astronomes puissent voir plus de structure dans le disque. L'image en gros plan STIS à droite révèle, pour la première fois, détails dans le matériel blobby, comprenant une structure en forme de boucle et un capuchon en forme de champignon. Les astronomes s'attendent à ce que le train de gouttes nettoie le disque en seulement 1,5 million d'années. Les conséquences sont que toutes les planètes rocheuses pourraient être laissées sèches et sans vie, car les comètes et les astéroïdes ne seront plus disponibles pour glacer les planètes avec de l'eau ou des composés organiques. AU Mic a environ 23 millions d'années. Le système réside à 32 années-lumière dans la constellation australe Microscopium. Crédit :NASA, ESA, J. Wisniewski (Université de l'Oklahoma), C. Grady (Eureka Scientifique), et G. Schneider (Observatoire Steward)
L'équipe a déterminé la durée de vie du disque en utilisant une masse estimée du disque à partir d'une étude indépendante, ainsi que le calcul de la masse des gouttes qui s'échappent dans leurs données de lumière visible STIS. La masse de chaque goutte est d'environ quatre dix millionièmes de la masse de la Terre. La masse du disque, environ 1,7 fois plus massive que celle de la Terre, est basée sur les données recueillies par l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
Bien que la masse des taches rebelles semble minuscule, le diamètre de chaque goutte pourrait s'étendre au moins du Soleil à Jupiter. Maintenant, l'équipe a repéré six blobs sortants, mais il est possible qu'il y en ait un flot continu. Des groupes de gouttes traversant le disque pourraient balayer assez rapidement les matériaux.
"La dissipation rapide du disque n'est pas quelque chose à quoi je m'attendais, " dit Grady. " Sur la base des observations de disques autour d'étoiles plus lumineuses, nous nous attendions à ce que les disques autour des étoiles naines rouges plus faibles aient une durée plus longue. Dans ce système, le disque aura disparu avant que l'étoile n'ait 25 millions d'années." Elle a ajouté que AU Mic a probablement commencé avec un bord extérieur de petits corps glacés, comme la ceinture de Kuiper trouvée dans notre propre système solaire. Si le disque n'était pas érodé, il aurait fourni des glaces à toutes les planètes intérieures sèches.
Sonder le mystère du blob
Les astronomes de Hubble ont repéré les taches sur les images en lumière visible STIS prises en 2010-2011. Dans le prolongement de l'étude Hubble, l'instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High Contrast Exoplanet Research) monté sur le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral au Chili, fait des observations dans le proche infrarouge. Les caractéristiques du disque ont été évoquées dans des observations prises en 2004 par des télescopes au sol et la caméra avancée de Hubble pour les levés.
Jusque là, l'équipe a découvert des taches sur le côté sud-est du disque, avec des vitesses d'éjection estimées entre 9, 000 miles par heure et 27, 000 milles à l'heure, assez rapide pour échapper aux griffes gravitationnelles de l'étoile. Leur distance actuelle va d'environ 930 millions de milles à plus de 5,5 milliards de milles de l'étoile.
Hubble montre également que ces taches ne sont peut-être pas seulement des boules géantes de débris poussiéreux. Le télescope a résolu la sous-structure dans l'un des blobs, comprenant un chapeau en forme de champignon au-dessus du plan du disque lui-même et une structure complexe "en forme de boucle" sous le disque. "Ces structures pourraient fournir des indices sur les mécanismes qui conduisent ces taches, ", a déclaré Schneider.
Le système réside à 32 années-lumière dans la constellation australe Microscopium.
"AU Mic est idéalement placé, " a déclaré Schneider. "Mais ce n'est qu'un des trois ou quatre systèmes de naines rouges avec des disques connus de diffusion de la lumière stellaire de débris circumstellaires. Les autres systèmes connus sont typiquement environ six fois plus éloignés, Il est donc difficile de mener une étude détaillée des types de fonctionnalités de ces disques que nous voyons dans AU Mic. »
Cependant, les astronomes commencent à identifier une activité possiblement similaire dans ces autres systèmes. "Cela montre qu'AU Mic n'est pas unique, " dit Grady. " En fait, on pourrait dire que parce que c'est l'un des systèmes les plus proches de ce type, il serait peu probable qu'il soit unique."
Les observations de l'AU Mic montrent l'importance de l'environnement du disque d'une étoile sur la formation et l'évolution des planètes. "Ce que nous avons appris, c'est que les disques semblent être une partie normale de l'histoire des systèmes planétaires, " dit Grady. " Si vous ne comprenez pas le disque d'une étoile, vous n'avez pas une bonne compréhension du système planétaire résultant."
Grady présentera les résultats de l'équipe lors d'une conférence de presse le 8 janvier 2019, à la 233e réunion de l'American Astronomical Society à Seattle, Washington.
