Communiqué de presse

ALMA découvre un système d'étoiles doubles entourées d'étranges disques protoplanétaires

30 juillet 2014

Des astronomes ont découvert, grâce au Vaste Réseau d’Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA), une étonnante paire de disques protoplanétaires à l'alignement surprenant autour des deux jeunes étoiles qui constituent le système binaire HK Tauri. Ces nouvelles observations d'ALMA offrent l'image la mieux résolue à ce jour de disques protoplanétaires au sein d'un système double. Elles permettent par ailleurs de comprendre la raison pour laquelle tant d'exoplanètes – à la différence des planètes du Système Solaire – décrivent d'étranges orbites, excentriques voire inclinées. Les résultats de ces observations paraîtront dans l'édition du 31 juillet 2014 de la revue Nature.

A la différence de notre Soleil, la plupart des étoiles naissent par paires, constituant ainsi des systèmes binaires au sein desquels les deux étoiles sont en orbite l'une autour de l'autre. Les étoiles doubles sont légion. Toutefois, leur dynamique interne pose question. Certaines de ces interrogations portent sur le processus et le lieu de formation des planètes au sein d'environnements si complexes.

“ALMA vient de nous offrir la meilleure image à ce jour d'un système d'étoiles doubles dotées chacune d'un disque protoplanétaire – et il apparaît que ces disques présentent des défauts d'alignement !” nous confie Eric Jensen, astronome au Swarthmore College de Pennsylvanie, Etats-Unis.

Les deux étoiles qui constituent le système HK Tauri situé à quelque 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau, sont âgées d'à peine cinq millions d'années et distantes d'environ 58 milliards de kilomètres – ce qui représente 13 fois la distance séparant Neptune du Soleil.

HK Tauri B, l'étoile la moins brillante du système, est entourée d'un disque protoplanétaire visible par la tranche, qui bloque en partie la lumière en provenance de l'étoile. Parce que l'éclat de l'étoile s'en trouve amoindri, les astronomes peuvent aisément observer le disque dans le domaine visible ou proche infrarouge.

HK Tauri A, l'étoile compagnon, est également entourée d'un disque. Toutefois, ce dernier ne bloque pas la lumière en provenance de l'étoile. En conséquence, le disque ne peut être observé dans le domaine visible : sa faible lueur se trouve en effet masquée par l'éclat de l'étoile. Toutefois, il émet un rayonnement intense dans le domaine millimétrique qu'ALMA peut aisément détecter.

Grâce à ALMA, l'équipe a non seulement pu observer le disque qui entoure HK Tauri A, mais également procéder, pour la toute première fois, à la détermination de sa vitesse de rotation. La très bonne résolution de l'image a par ailleurs permis aux astronomes de mesurer le défaut d'alignement des deux disques : cet écart dépasse les 60 degrés. Ainsi donc, l'un des deux disques au moins ne se situe pas dans le plan orbital des deux étoiles : il présente un important écart à cet alignement.

“Cet important défaut d'alignement a constitué pour nous une remarquable source d'informations sur un jeune système d'étoiles doubles” souligne Rachel Akeson de l'Institut de la NASA dédié à la Science des Exoplanètes à l'Institut de Technologie de Californie, Etats-Unis. “Des observations antérieures avaient révélé l'existence de ce type d'écart d'alignement orbital au sein de systèmes binaires. Toutefois, les nouvelles observations de HK Tauri effectuées au moyen d'ALMA offrent une vision bien plus claire des processus à l'œuvre au sein de l'un de ces systèmes”.

Les étoiles et les planètes se forment à partir de vastes nuages de gaz et de poussière. A mesure que la matière contenue au sein de ces nuages s'effondre sous l'effet de sa propre gravité, elle entame un mouvement de rotation qui donne lieu à la formation d'un disque protoplanétaire aplati, tourbillonnant autour d'une protoétoile centrale qui ne cesse de croitre.

Toutefois, la formation des disques protoplanétaires au sein d'un système binaire tel que HK Tauri revêt un caractère plus complexe. Lorsque les orbites des étoiles et les disques protoplanétaires ne sont pas exactement  dans le même plan, toute planète en cours de formation est susceptible d'adopter, à terme, une orbite très excentrique et fortement inclinée [1].

“Nos résultats montrent que les conditions nécessaires pour modifier les orbites planétaires existent et que ces conditions sont réunies au moment de la formation des planètes, en raison sans doute du processus de formation d'un système d'étoiles doubles” ajoute Eric Jensen. “Nous ne pouvons exclure d'autres hypothèses, mais nous pouvons certainement souligner le rôle joué par l'étoile compagnon”.

Parce qu'il est en mesure de détecter le gaz et la poussière invisibles des disques protoplanétaires, ALMA a permis d'acquérir des clichés inédits de ce jeune système binaire. “Parce que nous observons ce système aux tous premiers stades de sa formation, les disques protoplanétaires sont toujours en place, et leurs orientations peuvent être déterminées”, nous explique Rachel Akeson.

Par la suite, les chercheurs souhaitent déterminer l'occurrence de ce type de système. Certes, il constitue un remarquable cas d'étude, mais des observations complémentaires devraient permettre de déterminer la fréquence de ce type d'alignement dans notre galaxie hôte, la Voie Lactée.

Eric Jensen de conclure : “Bien que la découverte de ce processus constitue une réelle avancée, il ne peut rendre compte de l'excentricité de la totalité des orbites des planètes extrasolaires – il n'existe tout simplement pas suffisamment de compagnons binaires pour que ce processus constitue la seule et unique explication des observations. L'ensemble des pièces du puzzle n'est pas encore rassemblé, ce qui constitue un challenge pour le moins intéressant à relever !” 

Notes

[1] Si les étoiles et leurs disques respectifs ne sont pas tous alignés dans le même plan, l'attraction gravitationnelle de l'une des deux étoiles perturbera le disque de l'autre étoile, ce qui se traduira, pour ce dernier, par l'adoption d'un mouvement de toupie ou de précession, et vice versa. Une planète en cours de formation dans l'un de ces disques subira également la perturbation induite par l'autre étoile, et son orbite s'en trouvera inclinée et déformée.

Plus d'informations

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) est un équipement international pour l'astronomie. Il est le fruit d'un partenariat entre l'Europe, l'Amérique du Nord et l'Asie de l'Est en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé en Europe par l'ESO (Observatoire Européen Austral), en Amérique du Nord par la NSF (Fondation Nationale de la Science) en coopération avec le NRC (Conseil National de la Recherche au Canada) et le NSC (Conseil National de la Science à Taïwan), en Asie de l'Est par les Instituts Nationaux des Sciences Naturelles (NINS) du Japon avec l'Academia Sinica (AS) à Taïwan. La construction et les opérations d'ALMA sont pilotées par l'ESO pour l'Europe, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dirigé par Associated Universities, Inc. (AUI) pour l'Amérique du Nord et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L'Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l'exploitation d'ALMA.

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary System”, par Eric Jensen et Rachel Akeson, à paraître dans l'édition du 31 juillet 2014 de la revue Nature.

L'équipe est composée de Eric L. N. Jensen (Département de Physique & Astronomie, Swarthmore College, Etats-Unis) et Rachel Akeson (Institut de la NASA dédié à la Sciences des Exoplanètes, IPAC/Caltech, Pasadena, Etats-Unis).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L’article scientifique
• Image de HK Tauri acquise par le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA / ESA
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• Livre Photo dédié à ALMA : A la Recherche de nos Origines Cosmiques – La Construction du Vaste Réseau d'Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama
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Contacts

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Lead Scientist, Swarthmore College
Philadelphia, USA
Tél: +1 610-328-8249
Courriel: ejensen1@swarthmore.edu

Rachel Akeson
NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech
Pasadena, USA
Tél: +1 626-395-1812
Courriel: rla@ipac.caltech.edu

Charles E. Blue
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Charlottesville, USA
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1423.