Seulement 19 (soit 1,2 %) ont été détectés via l'imagerie directe, une méthode où la lumière réfléchie par l'atmosphère ou la surface d'une exoplanète est utilisée pour la détecter et la caractériser. Grâce à la dernière génération d'instruments à contraste élevé et à haute résolution angulaire, cela commence à changer.

Cela inclut le télescope spatial James Webb, ses miroirs sophistiqués et sa suite avancée d’imagerie infrarouge. À l'aide des données obtenues par la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam), les astronomes de l'enquête MIRI mid-INfrared Disk Survey (MINDS) ont récemment étudié une très jeune étoile variable (PDS 70) à environ 370 années-lumière avec deux protoplanètes confirmées.

Après avoir examiné le système et son disque de débris étendu, ils ont trouvé des preuves d'une troisième protoplanète possible en orbite autour de l'étoile. Ces observations pourraient contribuer à faire progresser notre compréhension des systèmes planétaires encore en cours de formation.

L'enquête MINDS est une collaboration internationale composée d'astronomes et de physiciens de l'Institut Max-Planck d'astronomie (MPIA), de l'Institut astronomique de Kapteyn, de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie autrichienne des sciences (OAW-IFW), de l'Institut Max-Planck Institut de physique extraterrestre (MPE), Centre d'astrobiologie (CAB), Institut national d'astrophysique (INAF), Institut d'études avancées de Dublin (DIAS), Institut néerlandais de recherche spatiale SRON et plusieurs universités.

L'article décrivant leurs découvertes paraîtra dans la revue Astronomy &Astrophysics. et est actuellement disponible sur arXiv serveur de préimpression.

PDS 70 fait l'objet d'un intérêt ces dernières années en raison de son jeune âge (5,3 à 5,5 millions d'années) et du disque protoplanétaire qui l'entoure. Entre 2018 et 2021, deux planètes protoplanètes ont été confirmées dans les interstices de ce disque sur la base de données d’imagerie directe acquises par des télescopes sophistiqués au sol. Cela comprenait les instruments spectro-polarimétriques de recherche d'exoplanètes à haut contraste (SPHERE) et GRAVITY sur le très grand télescope (VLT) de l'ESO et le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA).

Ces dernières années, l’équipe MINDS a utilisé les données spectrales de Webb pour réaliser des inventaires chimiques sur des disques protoplanétaires dans plusieurs systèmes stellaires. Dans une étude précédente basée sur les données de l'instrument MIRI de Webb, l'équipe MINDS a détecté de l'eau dans le disque interne de PDS 70, situé à environ 160 millions de km (100 millions de mi) ou 1,069 UA de l'étoile, une découverte qui pourrait avoir des implications pour l'astrobiologie et les origines de l'eau sur les planètes rocheuses (comme la Terre). Ces résultats ont montré les capacités impressionnantes de Webb et la façon dont il peut observer le cosmos dans des longueurs d'onde infrarouges (IR) inaccessibles aux observatoires au sol.

Valentin Christiaens, chercheur postdoctoral F.R.S-FNRS à l'Université de Liège et à la KU Leuven, est l'auteur principal de ce dernier article. "L'avantage des instruments de Webb est qu'ils observent à des longueurs d'onde infrarouges qui ne peuvent pas être observées depuis le sol en raison de notre atmosphère, qui absorbe la majeure partie du spectre infrarouge", a-t-il déclaré par courrier électronique à Universe Today. "Grâce à Webb nous pouvons obtenir des mesures de planètes en formation (appelées protoplanètes) en infrarouge, ce qui nous permet de mieux contraindre nos modèles de formation planétaire."

Pour leur dernière étude, l'équipe MINDS a examiné le PDS 70 à l'aide des données du NIRCam de Webb dans le cadre du programme MIRI d'observations en temps garanti sur la formation des planètes. Christiaens et son équipe étaient motivés à étudier plus avant PDS 70 car des recherches antérieures indiquaient la détection possible d'une troisième protoplanète. Cela fait du système un laboratoire idéal pour étudier les interactions planète-disque et rechercher des signatures d’accrétion. La présence d'un éventuel troisième signal a été détectée en 2019 par une équipe utilisant l'instrument VLT/SPHERE mais n'a pas été confirmée depuis.

Une interprétation possible de ce signal serait qu'il trace une troisième planète. En utilisant les données du NIRCam, Christiaens et ses collègues ont cherché à redétecter ce signal et à confirmer qu'il s'agissait d'une troisième planète dans le système. Le JWST est particulièrement bien adapté à cette tâche, grâce à son optique avancée et son coronographe, qui supprime les interférences des images de Webb en bloquant la lumière de l'étoile. Lui et ses collègues ont également été aidés par des algorithmes avancés qui aident à séparer la lumière des étoiles des autres sources ponctuelles en orbite (comme les exoplanètes) et des disques de débris. Comme Christiaens l'a expliqué :

"L'observation d'une autre étoile, appelée étoile de référence, peut être utilisée pour soustraire la lumière de l'étoile d'intérêt et y rechercher des exoplanètes. Dans notre étude, nous avons plutôt opté pour une technique appelée 'soustraction de roulis', où deux séquences de des images de l'étoile d'intérêt sont prises respectivement avant et après la rotation de l'instrument, de manière à ce que la position d'une exoplanète ait tourné dans les deux séquences d'images, en soustrayant les images d'une séquence de celles de l'autre, et. vice versa, nous pouvons effectivement nous débarrasser de la lumière de l'étoile et créer des images de son environnement :planètes et disque."

L’équipe a ensuite combiné leurs mesures avec des observations précédentes réalisées avec des instruments au sol et les a comparées à des modèles de formation planétaire. Ils pourraient en déduire la quantité de gaz et de poussières accumulées autour de la protoplanète pendant la période d’observation. La qualité des images a également permis de mettre en évidence un bras spiralé de gaz et de poussières alimentant le deuxième candidat confirmé (PDS 70 c), comme le prédisaient les modèles. Enfin, ils ont détecté un signal brillant correspondant à une protoplanète candidate enveloppée de poussière.

"Ce qui rend cette candidate si intéressante, c'est qu'elle pourrait être en résonance 1:2:4 avec les planètes b et c, déjà confirmée dans le système (c'est-à-dire que sa période orbitale sera presque exactement deux fois et quatre fois plus courte que celle de b). et c, respectivement)", a déclaré Christiaens. C'est précisément ce qui se produit avec trois des lunes galiléennes de Jupiter (Ganymède, Europe et Io), qui sont également en résonance 1:2:4. La possibilité d’un système stellaire comportant trois planètes dans cette relation orbitale serait une mine d’or pour les astronomes. "Cependant, davantage d'observations sont nécessaires avant que cette résonance puisse être confirmée", a ajouté Christiaens.

En plus de démontrer les capacités de Webb, ces découvertes pourraient contribuer à éclairer notre compréhension actuelle de la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent. C’est l’un des principaux objectifs du JWST :utiliser son optique infrarouge avancée pour sonder de jeunes systèmes stellaires où des planètes sont encore en train de se former. Cela constitue une grande priorité pour les astronomes depuis que Kepler a commencé à détecter des exoplanètes qui défiaient les théories largement acceptées sur la formation et l’évolution des systèmes planétaires. En particulier, la détection de nombreuses géantes gazeuses en orbite proche de leur soleil (« Jupiters chauds ») a contredit les théories selon lesquelles les géantes gazeuses se formeraient dans les confins des systèmes stellaires.

En observant de jeunes systèmes stellaires à différents stades de formation, les astronomes espèrent tester diverses théories sur la naissance du système solaire.

Comme le résume Christiaens :« On pense que la migration des planètes joue un rôle crucial dans l'évolution des systèmes planétaires et contribue à expliquer la diversité des systèmes découverts à ce jour via des méthodes indirectes. Dans de nombreux systèmes matures, les planètes entrent en résonance les unes avec les autres. , suggérant que cette migration a bien eu lieu dans le passé, nous observons dans notre cas un système très jeune, encore en formation, où les deux planètes géantes connues semblent être en résonance et où la troisième planète potentielle, si elle se confirmait, le serait. être également avec les deux autres. Dans le cas du système solaire, nous soupçonnons que la migration et la capture par résonance des planètes géantes ont probablement eu lieu il y a très longtemps, [ce qui pourrait] expliquer leur configuration actuelle (hypothèse de Great Tack). . Ici, nous l'observons potentiellement en direct dans un autre système !"