Cette illustration de la nouvelle exoplanète PDS 70b montre comment la matière peut tomber sur le monde géant alors qu'elle accumule de la masse. En utilisant la sensibilité à la lumière ultraviolette (UV) de Hubble, les chercheurs ont eu un regard unique sur le rayonnement des gaz extrêmement chauds tombant sur la planète, leur permettant de mesurer directement le taux de croissance de la masse de la planète pour la première fois. La planète PDS 70b est encerclée par son propre disque de gaz et de poussière qui siphonne la matière du disque circumstellaire beaucoup plus grand de ce système solaire. Les chercheurs émettent l'hypothèse que les lignes de champ magnétique s'étendent de son disque circumplanétaire jusqu'à l'atmosphère de l'exoplanète et acheminent de la matière sur la surface de la planète. L'illustration montre une configuration d'accrétion magnétosphérique possible, mais la géométrie détaillée du champ magnétique nécessite des travaux futurs pour sonder. Le monde lointain a déjà gonflé jusqu'à cinq fois la masse de Jupiter sur une période d'environ 5 millions d'années, mais devrait être à la fin de son processus de formation. PDS 70b orbite autour de l'étoile naine orange PDS 70 à environ 370 années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure. Crédit :SCIENCE :Observatoire McDonald–Université du Texas, Yifan Zhou (UT) ILLUSTRATION :NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted (STScI)
Avez-vous déjà fait un gâchis complet dans votre cuisine pendant la cuisson? À certains moments, il peut sembler que la farine flotte dans l'air, mais une fois que vous avez ajouté beaucoup d'eau et formé votre pâte, le pain devient plus comme une boule. Un processus similaire est à l'œuvre dans un système solaire lointain connu sous le nom de PDS 70, sauf que la farine et l'eau sont échangées contre du gaz et de la poussière. Dans le cas de la planète PDS 70b, le gaz et la poussière sont lentement aspirés alors que ce monde lointain accumule de la masse sur des millions d'années.
Les chercheurs utilisant Hubble ont directement mesuré le taux de croissance de masse du PDS 70b pour la première fois en utilisant les sensibilités ultraviolettes uniques de l'observatoire pour capturer le rayonnement du gaz extrêmement chaud tombant sur la planète. Le massif, Le monde de la taille de Jupiter orbite à peu près à la même distance qu'Uranus du Soleil – bien qu'il traverse un gâchis de gaz et de poussière lorsqu'il se déplace à travers le système solaire. La planète, qui a commencé à se former il y a environ 5 millions d'années, peut être à la fin de son processus de formation. Les découvertes des chercheurs ouvrent une nouvelle façon d'étudier les planètes en formation qui pourraient aider d'autres astronomes cherchant à en savoir plus sur la croissance des planètes géantes dans les systèmes solaires éloignés.
Le télescope spatial Hubble de la NASA offre aux astronomes un aperçu rare d'un satellite de la taille de Jupiter, planète encore en formation qui se nourrit de la matière entourant une jeune étoile.
« Nous ne savons tout simplement pas grand-chose sur la croissance des planètes géantes, " a déclaré Brendan Bowler de l'Université du Texas à Austin. " Ce système planétaire nous donne la première occasion d'assister à la chute de matière sur une planète. Nos résultats ouvrent un nouveau domaine pour cette recherche. »
Bien que plus de 4, 000 exoplanètes ont été répertoriées à ce jour, seulement environ 15 ont été directement imagées à ce jour par des télescopes. Et les planètes sont si lointaines et petites, ce sont simplement des points sur les meilleures photos. La nouvelle technique de l'équipe pour utiliser Hubble pour imager directement cette planète ouvre une nouvelle voie pour de nouvelles recherches sur les exoplanètes, surtout pendant les années de formation d'une planète.
Le très grand télescope de l'Observatoire européen austral a capturé la première image claire d'une planète en formation, PDS 70b, autour d'une étoile naine en 2018. La planète se détache comme un point lumineux à droite du centre de l'image, qui est noirci par le masque du coronographe utilisé pour bloquer la lumière de l'étoile centrale. Crédit :ESO, ALV, André B. Müller (ESO)
Cette énorme exoplanète, désigné PDS 70b, en orbite autour de l'étoile naine orange PDS 70, qui est déjà connu pour avoir deux planètes en formation active à l'intérieur d'un énorme disque de poussière et de gaz encerclant l'étoile. Le système est situé à 370 années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure.
"Ce système est tellement excitant parce que nous pouvons assister à la formation d'une planète, " dit Yifan Zhou, également de l'Université du Texas à Austin. "C'est la plus jeune planète de bonne foi que Hubble ait jamais directement imagée." A 5 millions d'années, la planète continue de rassembler des matériaux et de construire de la masse.
La sensibilité à la lumière ultraviolette (UV) de Hubble offre un regard unique sur le rayonnement des gaz extrêmement chauds tombant sur la planète. "Les observations de Hubble nous ont permis d'estimer à quelle vitesse la planète prend de la masse, " a ajouté Zhou.
Les observations UV, qui s'ajoutent au corpus de recherche sur cette planète, a permis à l'équipe de mesurer directement le taux de croissance de la masse de la planète pour la première fois. Le monde lointain a déjà gonflé jusqu'à cinq fois la masse de Jupiter sur une période d'environ 5 millions d'années. Le taux d'accrétion mesuré actuel a diminué au point où, si le taux restait stable pendant encore un million d'années, la planète n'augmenterait que d'environ et 1/100e supplémentaire de la masse de Jupiter.
Zhou et Bowler soulignent que ces observations sont un instantané unique dans le temps – davantage de données sont nécessaires pour déterminer si la vitesse à laquelle la planète ajoute de la masse augmente ou diminue. "Nos mesures suggèrent que la planète est à la fin de son processus de formation."
Les observations de Hubble identifient la planète PDS 70b. Un coronographe sur la caméra de Hubble bloque l'éblouissement de l'étoile centrale pour que la planète soit directement observée. Bien que plus de 4, 000 exoplanètes ont été répertoriées à ce jour, seulement environ 15 ont été directement imagées à ce jour par des télescopes. La nouvelle technique de l'équipe pour utiliser Hubble pour imager directement cette planète ouvre une nouvelle voie pour de nouvelles recherches sur les exoplanètes, surtout pendant les années de formation d'une planète. Crédit :SCIENCE :NASA, ESA, Observatoire McDonald-Université du Texas, Yifan Zhou (UT) TRAITEMENT D'IMAGE :Joseph DePasquale (STScI)
Le jeune système PDS 70 est rempli d'un disque de gaz et de poussière primordial qui fournit du carburant pour alimenter la croissance des planètes dans tout le système. La planète PDS 70b est encerclée par son propre disque de gaz et de poussière qui siphonne la matière du disque circumstellaire beaucoup plus grand. Les chercheurs émettent l'hypothèse que les lignes de champ magnétique s'étendent de son disque circumplanétaire jusqu'à l'atmosphère de l'exoplanète et acheminent de la matière sur la surface de la planète.
"Si ce matériau suit les colonnes du disque sur la planète, cela provoquerait des points chauds locaux, " a expliqué Zhou. " Ces points chauds pourraient être au moins 10 fois plus chauds que la température de la planète.
Ces observations offrent un aperçu de la façon dont les planètes géantes gazeuses se sont formées autour de notre soleil il y a 4,6 milliards d'années. Jupiter s'est peut-être gonflé sur un disque environnant de matière tombante. Ses lunes majeures se seraient également formées à partir des restes de ce disque.
Un défi pour l'équipe était de surmonter l'éclat de la star des parents. PDS 70b orbite à peu près à la même distance qu'Uranus du Soleil, mais son étoile est supérieure à 3, 000 fois plus lumineuse que la planète aux longueurs d'onde UV. Pendant que Zhou traitait les images, il a très soigneusement supprimé l'éclat de l'étoile pour ne laisser derrière lui que la lumière émise par la planète. Ce faisant, il a amélioré la limite de la proximité d'une planète à son étoile dans les observations de Hubble par un facteur de cinq.
« Trente et un ans après le lancement, nous trouvons toujours de nouvelles façons d'utiliser Hubble, " Bowler a ajouté. " La stratégie d'observation et la technique de post-traitement de Yifan ouvriront de nouvelles fenêtres dans l'étude de systèmes similaires, ou même le même système, à plusieurs reprises avec Hubble. Avec de futures observations, nous pourrions potentiellement découvrir quand la majorité du gaz et de la poussière tombe sur leurs planètes et si cela se fait à un rythme constant."
Les résultats des chercheurs ont été publiés en avril 2021 dans The Journal astronomique .
