Une vue élargie de la partie centrale de la région défrichée autour de LkCa 15, montrant un composite de deux images reconstruites (bleu :2,1 microns, à partir de novembre 2010 ; rouge :3,7 microns) pour LkCa 15. L'emplacement de l'étoile centrale est également marqué. Crédit :Kraus &Irlande, 2011
Les astronomes utilisant la puissance combinée de deux télescopes d'Hawaï ont pris des mesures révolutionnaires, de nouvelles images nettes d'un système planétaire lointain qui ressemble probablement à une version bébé de notre système solaire.
À l'aide du télescope Subaru et de l'observatoire W. M. Keck, l'équipe a obtenu et analysé des données pour une étoile infantile semblable au Soleil nommée LkCa 15. Des études antérieures utilisant une méthode d'interférométrie avancée avaient conclu que trois planètes infantiles tournaient autour de cette étoile. Cependant, pour cette méthode, déterminer exactement la quantité de lumière provenant d'une planète par rapport à d'autres sources comme un disque peut être particulièrement difficile. De nouvelles données Subaru et Keck Observatory semblent résoudre ce mystère; la plupart de la lumière supposée provenir des trois planètes candidates semble provenir d'un disque de gaz et de poussière.
"LkCa 15 est un système très complexe, " a déclaré Thayne Currie, auteur principal de l'étude et astrophysicien au Centre de recherche NASA-Ames et au télescope Subaru. "Avant d'analyser nos données Keck et Subaru et compte tenu des mêmes données de masquage d'ouverture antérieures, nous aurions également conclu que LkCa 15 a trois planètes superjoviennes détectées."
Les résultats de l'équipe seront bientôt publiés dans Les lettres du journal astrophysique .
LkCa 15 est entouré d'un disque protoplanétaire massif fait de gaz et de poussière, qui sont les éléments constitutifs des planètes. Les premières analyses de ce disque ont montré qu'il avait une grande cavité appauvrie de poussière - un signe révélateur qu'une grande partie du matériau du disque a déjà été incorporée dans un massif, développer des embryons planétaires, ou "protoplanètes". Alors que l'étude exclut les planètes superjoviennes très brillantes, Currie dit qu'il est probable que plus faible, des planètes moins massives peuvent être dans le système LkCa 15 :peut-être celles comme Jupiter et Saturne.
"Les planètes de ce système solaire naissant pourraient en fait ressembler beaucoup plus à notre propre système solaire qu'on ne le pensait auparavant. Elles sont certainement là quelque part, éventuellement intégré au disque. Nous allons continuer à essayer de les trouver, " dit Currie.
Méthodologie
Les découvertes ont été faites à l'aide d'images à haute résolution du système LkCa 15 obtenues à partir d'instruments complémentaires sur Maunakea. Chez Subaru, les chercheurs ont utilisé un nouvel instrument d'imagerie planétaire de pointe - le système Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) couplé au spectrographe de champ intégral CHARIS pour obtenir des images extrêmement nettes aux longueurs d'onde du proche infrarouge. L'équipe a également utilisé le puissant système d'optique adaptative de l'observatoire Keck et la caméra infrarouge proche (NIRC2) pour obtenir de nouvelles images nettes plus longtemps, longueurs d'onde infrarouges thermiques où les jeunes planètes émettent plus de lumière.
L'équipe a également obtenu une vue « avant et après » du système en accédant aux archives de l'observatoire Keck (KOA) pour trouver les données NIRC2 prises pour LkCa 15 à partir de 2009 – plus de huit ans avant les images SCExAO/CHARIS et NIRC2 les plus récentes. KOA est un référentiel accessible au public de toutes les données de grande valeur obtenues à l'Observatoire et est exploité par l'Observatoire Keck en partenariat avec le NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) à Caltech.
Figure 1 – Image de l'observatoire Keck/NIRC2 de l'étoile semblable au Soleil LkCa 15 obtenue à partir de données prises en novembre 2009 et récupérées dans les archives de l'observatoire Keck (en haut à gauche) et prises en décembre 2017 (en bas à gauche). Les deux images montrent deux arcs de lumière cohérents avec deux composants du disque circumstellaire de LkCa 15. Les panneaux de droite montrent les images de 2009 et 2017 de l'arc de lumière le plus interne constitué de trois planètes autour de LkCa 15. Le nord est en haut et l'est est à gauche dans les images. L'étoile est à environ 500 années-lumière de la Terre. La lumière autour de LkCa 15 peut être vue à environ 9 au de l'étoile (région masquée bleu foncé dans le panneau supérieur droit; distance Soleil-Saturne); l'arc de lumière le plus interne s'étend jusqu'à ~0,2" ou ~30 au (distance Soleil-Pluton). Alors que la lumière combinée des planètes simulées est mélangée, les données NIRC2 montreraient des preuves de leur mouvement orbital si les planètes étaient présentes dans ces données. L'analyse des données Keck/NIRC2 montre que la majeure partie de la lumière autour de LkCa 15 provient du matériau du disque plutôt que des planètes. Crédit :Observatoire W. M. Keck
Les données combinées ont montré que la majeure partie de la lumière entourant LkCa 15 provient d'une structure étendue en forme d'arc - le bord visible d'un autre composant du disque de LkCa 15. Cet arc a la même luminosité précédemment attribuée aux planètes autour de LkCa 15.
Les données KOA vieilles de près de dix ans pour LkCa 15 jouent un rôle unique dans la compréhension de ce système planétaire. Par rapport aux nouvelles données de l'observatoire Keck et du télescope Subaru, les données du KOA ont également montré que la lumière émise par la structure en forme d'arc de LkCa 15 est statique sur une période de huit ans.
« Ceci est cohérent avec un fixe, structure en forme de disque. Sans le KOA, nous n'aurions pas pu connaître ce fait essentiel, " dit Currie.
"C'est formidable de voir ces nouvelles données de Keck et Subaru combinées avec les données du KOA, " dit John O'Meara, scientifique en chef à l'observatoire de Keck. "Ce résultat montre l'importance du KOA, et est une excellente démonstration de la façon dont de nouvelles découvertes peuvent être faites avec des données « anciennes ».
Prochaines étapes
L'équipe poursuivra sa recherche de protoplanètes dans LkCa 15, car il est largement considéré comme un superbe laboratoire pour étudier la formation des planètes. Bien qu'il soit difficile de trouver ces planètes obscurcies et de séparer leur lumière du disque de LkCa 15, il y a une voie claire à suivre.
Récemment, L'observatoire Keck a considérablement amélioré la capacité d'imagerie planétaire de NIRC2 dans le cadre du projet Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). Le système a été équipé d'une nouvelle caméra pour mieux affiner les images de rouge, faible, des étoiles lointaines comme LkCa 15 et des coronographes pour mieux bloquer l'éblouissement de la lumière des étoiles qui nous empêche de voir facilement les planètes.
De la même manière, SCExAO est également en cours de mise à niveau avec des caméras supplémentaires pour mieux identifier les planètes plus faibles à proximité de leurs étoiles. Ces améliorations pourraient permettre au KPIC et au SCExAO de voir de faibles planètes semblables à Jupiter sur des orbites semblables à celles de Saturne se déplaçant sur le fond du disque de LkCa 15.
Plus loin dans le futur, un successeur de SCExAO et KPIC sur le prochain télescope de trente mètres sur Maunakea - l'imageur de systèmes planétaires - pourrait imager et caractériser des masses encore plus faibles, planètes plus faibles autour de LkCa 15 sur des orbites semblables à celles de Mars à Jupiter.
Des instruments d'imagerie planétaire de pointe comme SCExAO et KPIC " ouvrent la porte à une meilleure compréhension de l'origine et de l'évolution des systèmes planétaires, et si l'histoire de notre propre système solaire est commune ou rare, " dit Motohide Tamura, le directeur du Centre d'astrobiologie des instituts nationaux des sciences naturelles du Japon et co-auteur de cette étude.
