Etude de jeunes systèmes planétaires qui ressemblent au nôtre

formations planétaires
Illustration d’une jeune étoile comme HD 95086 entourée de deux anneaux de débris comparables aux deux ceintures d’astéroïdes de notre Système solaire, entre lesquels pourraient exister plusieurs planètes de masses variables. Un halo de poussières enveloppe l’ensemble

Reconstituer le passé de notre Système solaire en observant de jeunes étoiles entourées de poussières et de débris. HD 95086 et HR 8799, pourvus de deux ceintures d’astéroïdes semblent cacher plusieurs planètes. Un bombardement massif tardif semble s’y préparer.

Voir des systèmes planétaires naitre et grandir est une occasion magnifique pour les astrophysiciens de comprendre la formation et l’évolution de notre Système solaire, entamée voici 4,56 milliards d’années. Ces dernières années sont marquées d’avancées significatives dans ce domaine. Grâce à l’acuité et à la sensibilité accrue des instruments associées aux modèles informatiques développés dans les laboratoires, les chercheurs sont à présent en mesure d’étudier des nébuleuses en gestation, les cocons d’étoiles et même les embryons planétaires. À cet égard, nous découvrions tous il y a quelques semaines, assez stupéfaits, la merveilleuse image directe d’ALMA (puissant réseau d’antennes submillimétriques de l’ESO) de ce qui est en train de naître autour de HL-Tauri, à seulement 450 années-lumière de chez nous. Il nous faudra encore attendre cependant plusieurs centaines de millénaires avant d’y distinguer un cortège de planètes inachevées. Aussi, afin de mieux comprendre ces processus nous faut-il regarder ailleurs, d’autres jeunes étoiles, d’âges et de masses variables, pour explorer notre passé.

Dans cette perspective, une équipe de chercheurs a annoncé lors des rencontres des sciences planétaires de l’AAS (American Astronomical Society) qui se déroulaient entre le 8 et le 15 novembre à Tucson, Arizona, avoir débusqué deux candidats de maturité différente qui évoquent la structure de notre propre Système solaire : HD 95086 et HR 8799. Le premier est distant de quelque 295 années-lumière de nous, en direction de la constellation de la Carène et le second, dans la constellation de Pégase, n’est éloigné que de 129 années-lumière. Kate Su, coauteure de l’étude, présente HD 95086 comme « un aperçu de ce qu’était notre Système solaire quand il n’était âgé que de 10 à 20 millions d’années ».

le système HD 95086 vu d'au-dessus
Présentation graphique du système HD 95086, vu d’au-dessus. La jeune étoile (corps le plus massif) est au centre, entourée de deux anneaux de débris, l’un plus proche et donc plus chaud que le plus éloigné. Une planète (b) 5 fois plus massive que Jupiter gravite près du bord intérieur du plus vaste anneau. Selon les modèles et l’observation d’autres cas similaires, plusieurs planètes se promèneraient entre les deux ceintures d’astéroïdes

On y connait déjà une planète au moins cinq fois plus massive que notre Jupiter qui se promène entre deux larges bandes de poussières autour de l’étoile-parent. Un dispositif qui n’est pas sans rappeler nos deux grandes ceintures d’astéroïdes : la principale, entre Mars et Jupiter, et celle au-delà de l’orbite de Neptune, dite de Kuiper. « C’est une cible prometteuse pour la chasse aux planètes » commente l’astrophysicienne. « Les deux systèmes sont très similaires, à l’exception de HD 95086 qui possède plus de poussières, ce qui est en accord avec les théories de formation planétaire et nous amène à penser qu’il est le plus jeune des deux. En regardant d’autres systèmes comme ceux-là, on peut reconstituer le développement de notre Système solaire ».

Combien de planètes se cachent au sein de ces jeunes systèmes ?

Nous découvrons HD 95086 et HR 8799 entre 10 et 90 millions d’années après leurs naissances, soit les périodes où éclosent les planètes telluriques et où les géantes sont déjà installées. Les observations conduites avec les télescopes spatiaux Herschel (ESA) et Spitzer (NASA), sensibles au rayonnement infrarouge, montrent, dans les deux cas, la présence d’un vaste halo de poussières fines en marge de leurs ceintures de Kuiper (dans notre propre cas, elle est située à plus de 40 unités astronomiques du Soleil), nourries vraisemblablement par des collisions en série d’astéroïdes et autres planétésimaux. Un comportement attendu, indiquent les chercheurs, pour des systèmes qui développent des planètes géantes et gazeuses voire, plus tard, d’éventuelles géantes glacées.

HR 8799 vu d'au-dessus
Vue graphique du système HR 8799. Quatre planètes connues gravitent entre ses deux anneaux de débris qui ne sont pas sans rappeler nos deux ceintures d’astéroïdes (entre Mars et Jupiter et au-delà de Neptune). Un immense halo de poussières ceint le jeune système planétaire

L’espace important qui sépare les deux anneaux de poussières apparait à l’instar de ce qui est observé autour de nos voisines Véga et Fomalhaut, comme la signature de systèmes planétaires multiples. Un assortiment de planètes qui ne reste plus qu’à débusquer. « Il doit y avoir plus de planètes que nous n’en avons découvert pour présenter une lacune aussi grande » déclare la coauteur de l’article scientifique, Sarah Morrison, laquelle a participé au développement des modèles informatiques visant à calculer potentiellement le nombre de planètes que ces systèmes pourraient arborer, leurs masses et leurs orbites. « Nous pensons que le système (HD 95086) est un candidat de premier choix pour une campagne d’imagerie directe à la recherche de ces planètes ». Convaincue avec ses collègues qu’il n’y a pas qu’une seule planète autour de HD 95086, l’étudiante à l’université d’Arizona (doctorat au département des sciences planétaires) ajoute « qu’en sachant où sont les débris et les propriétés de la planète déjà connue, on peut avoir une idée de quelles sortes sont les autres susceptibles d’être là ».

coupe du système HD 95086
coupe du système HD 95086

Les deux jeunes systèmes prospectés « sont à un stade de leur évolution où nous pensons que beaucoup d’événements intéressants se sont produits dans notre Système solaire, tel que la formation de notre Lune et le démarrage du bombardement massif tardif » commente Renu Malhotra (université d’Arizona), ajoutant que ces « processus que nous voyons à l’œuvre (…) peuvent être corrélé avec les observations faites dans notre Système solaire et offre un regard rétrospectif sur notre propre histoire ».

L’équipe de chercheurs rappelle qu’un mystère demeure dans notre système planétaire et les autres qui lui ressemblent : « pourquoi l’espace entre les planètes est-il si vide ? ». « Nous savons », continue le professeur Malhotra « que sur de longues périodes de temps, la gravité des planètes peut dégager les débris. Les systèmes comme HR 8799 et HD 95086 offrent l’opportunité d’observer les processus dynamiques qui ont opéré il y a très longtemps dans notre Système solaire ».

Crédit photo : NASA/JPL-Caltech.

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