Les conséquences sur la formation planétaire du festin d’un bébé soleil

Agée de seulement quelques centaines de milliers d’années, FU Orionis est un véritable bébé soleil. Les astronomes ont pu déterminer que son sursaut de luminosité observé en 1936 (il diminue depuis) a été créé par les grandes quantités de gaz et de poussière englouties soudainement. Un événement brutal, plutôt très court à l’échelle de la vie d’une étoile, et qui pourtant, peut être déterminant dans la fabrication de ses futures planètes. Fut-il de même lorsque le Soleil était encore dans son berceau ?

Située à environ 1.500 années-lumière de notre Système solaire, en direction de la constellation d’Orion, l’étoile FU Orionis a beaucoup intrigué les astronomes voici 80 ans, lorsqu’en l’espace de trois mois, elle devint 100 fois plus brillante. En effet, en 1936 sa luminosité a soudainement augmenté, passant de son habituelle magnitude 16 à la magnitude 9. S’agissait-il d’une nova ? L’hypothèse fut écartée mais c’était un type d’étoile variable encore inconnu qui se présentait. C’est dans les années 1970, à l’aune d’autres cas similaires appelés FUOrs (étoiles FU Orionis), que les chercheurs ont commencé à voir plus clair dans le comportement énigmatique de ces astres.

En réalité, FU Orionis est un magnifique bébé soleil, âgé de quelques centaines de milliers d’années seulement (à la moitié de sa vie, le Soleil est âgé de 4,57 milliards d’années), dans son berceau, la nébuleuse où il s’est formé. Autour de lui, un disque protoplanétaire de gaz et de poussière. En réalité, l’événement de 1936 est un des premiers de la riche histoire en train de s’écrire de ce futur système planétaire. Bien que la luminosité décroît progressivement, l’événement dure encore. Ce sont les grandes cuillerées de poussière englouties avec voracité qui en sont à l’origine.

Pour les chercheurs, c’est bien sûr une merveilleuse occasion de tenter d’en savoir plus sur les premiers pas d’une étoile comme le Soleil et sur les prémices de la formation planétaire. « Notre propre Soleil est peut-être passé par un éclat similaire, ce qui a pu être une étape cruciale dans la formation de la Terre et des autres planètes dans notre Système solaire » commente Joel Green, du STScI (Space Telescope Science Institute), qui vient de présenter avec ses collègues les résultats de leur enquête sur l’étoile lors des rencontres de l’American Astronomical Society qui se déroulent cette semaine à San Diego, en Californie.

Vue d’artiste de la baisse progressive de luminosité de FU Orionis depuis l’événement de 1936. Le disque protoplanètaire est représenté autour de ce bébé soleil — Crédit : NASA, JPL-Caltech, T. Pyle (IPAC)

« Pour la première fois, nous sommes en mesure de confirmer la théorie avec des observations »

Avec son équipe, Joel Green s’est intéressé à l’évolution du flux lumineux de FU Orionis dans le domaine infrarouge, en plus du visible, cherchant à discerner les relations de la jeune étoile comparable au Soleil avec le disque de matière qui l’entoure. Pour ce faire, ils ont pu comparer les données acquises cette année avec Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), le plus grand observatoire aéroporté au monde, avec celles recueillies en 2004 par le télescope spatial Spitzer (toujours en activité). S’y sont ajoutées une multitude de données éparses qui toutes ensemble ont permis aux enquêteurs d’évaluer l’appétit de l’étoile au cours des 80 années écoulées depuis son sursaut lumineux. Bilan : les quantités de poussière avalées sont équivalentes à 18 Jupiter. En 12 ans, sa luminosité dans le visible et l’infrarouge a baissé de 13 %. Les chercheurs ont pu déterminer que la diminution est créée par l’occultation de l’étoile aux longueurs d’onde infrarouge les plus courtes et non les plus longues. Autrement dit, c’est jusqu’à 13 % de la matière la plus chaude du disque qui a disparu, tandis que la poussière la plus froide est restée intacte.

« Une diminution du gaz le plus chaud signifie que l’étoile est en train de manger la partie la plus interne du disque, mais le reste n’a quasiment pas changé au cours des 12 dernières années, explique Joel Green. Ce résultat est compatible avec les modèles informatiques, mais pour la première fois nous sommes en mesure de confirmer la théorie avec des observations. » L’événement actuel devrait s’achever au cours des 100 prochaines années.

La très jeune étoile FU Orionis, illuminant le nuage de gaz qui l’entoure — Crédit : ESO, DSS
La très jeune étoile FU Orionis, illuminant le nuage de gaz qui l’entoure — Crédit : ESO, DSS

Un instant bref aux conséquences durables

Rien n’empêche d’imaginer qu’au même âge, le Soleil eut un comportement identique : un brutal sursaut d’énergie crée par un gavage de gaz. Ceci expliquerait cela… Pour les chercheurs, en effet, un semblable événement qui a décuplé la luminosité de l’étoile par 100 a pu modifier la chimie des matériaux les plus proches. C’est peut-être pour cela que certains éléments sont plus rares sur Terre que sur Mars, remarque l’équipe. Formée plus loin, l’actuelle Planète rouge a ainsi pu accréter de la matière moins chauffée, donc moins altérée.

80 ans, c’est bien sûr un laps de temps dérisoire en comparaison de la vie de cette étoile qui devrait durer quelque 10 milliards d’années. Et pourtant, ses conséquences semblent déterminantes dans la procréation de ses planètes, ses sous-produits. « C’est incroyable que tout un disque protoplanétaire puisse changer sur une échelle de temps aussi courte, comparable à une vie humaine » souligne la coauteure de ces recherches, Luisa Rebull, de l’Ipac (Infrared Processing and Analysis Center) à Caltech, Californie.

En tout cas, les astronomes sont très heureux de pouvoir en être témoins et d’ailleurs, ils ne comptent pas en rester là, car de nouvelles observations avec le JWST (James Webb Space Telescope), dont le lancement est prévu pour 2018, sont d’ores et déjà au programme.

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