Concept d'artiste d'une planète semblable à Jupiter en orbite autour d'une étoile. Crédit image: NASA Cliquez pour agrandir
À l'aide du télescope spatial Spitzer de la NASA, une équipe d'astronomes dirigée par l'Université de Rochester a détecté des lacunes faisant sonner les disques poussiéreux autour de deux très jeunes étoiles, ce qui suggère que des planètes géantes à gaz s'y sont formées. Il y a un an, ces mêmes chercheurs ont trouvé des preuves de la première «planète bébé» autour d'une jeune étoile, remettant en question la plupart des modèles de formation de planète géante des astrophysiciens.
Les nouvelles découvertes du numéro du 10 septembre d'Astrophysical Journal Letters renforcent non seulement l'idée que les planètes géantes comme Jupiter se forment beaucoup plus rapidement que les scientifiques ne le pensaient traditionnellement, mais l'une des étoiles enveloppées de gaz, appelée GM Aurigae, est analogue à la nôtre système solaire. À seulement 1 million d'années, l'étoile offre une fenêtre unique sur la façon dont notre propre monde a pu voir le jour.
"GM Aurigae est essentiellement une version beaucoup plus jeune de notre Soleil, et l'espace dans son disque est à peu près de la même taille que l'espace occupé par nos propres planètes géantes", explique Dan Watson, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Rochester et chef de l'équipe de recherche Spitzer IRS Disks. «Le regarder, c'est comme regarder des photos de bébé de notre Soleil et de notre système solaire extérieur», dit-il.
"Les résultats posent un défi aux théories existantes de la formation des planètes géantes, en particulier celles dans lesquelles les planètes s'accumulent progressivement sur des millions d'années", explique Nuria Calvet, professeur d'astronomie à l'Université du Michigan et auteur principal de l'article. «Des études comme celle-ci nous aideront finalement à mieux comprendre comment nos planètes extérieures, ainsi que d'autres dans l'univers, se forment.»
Les nouvelles «bébés planètes» vivent dans les clairières qu'elles ont parcourues sur les disques autour des étoiles DM Tauri et GM Aurigae, à 420 années-lumière de là dans la constellation du Taureau. Ces disques sont suspectés depuis plusieurs années d'avoir des trous centraux qui pourraient être dus à la formation de la planète. Les nouveaux spectres, cependant, ne laissent aucun doute: les lacunes sont si vides et tranchantes que la formation planétaire est de loin l'explication la plus raisonnable de leur apparition.
Les nouvelles planètes ne peuvent pas encore être vues directement, mais l'instrument du spectrographe infrarouge (IRS) de Spitzer a clairement montré qu'il manquait une zone de poussière entourant certaines étoiles, suggérant fortement la présence d'une planète autour de chacune. La poussière dans un disque protoplanétaire est plus chaude au centre près de l'étoile et rayonne donc la majeure partie de sa lumière à des longueurs d'onde plus courtes que les parties extérieures plus froides du disque. L'équipe IRS Disks a constaté qu'il y avait un déficit brutal de lumière rayonnant à toutes les courtes longueurs d'onde infrarouges, suggérant fortement que la partie centrale du disque était absente. Ces étoiles sont très jeunes par rapport aux normes stellaires, âgées d'environ un million d'années, toujours entourées de leurs disques de gaz embryonnaires. La seule explication viable de l'absence de gaz qui pourrait se produire pendant la courte durée de vie de l'étoile est qu'une planète - très probablement un géant gazeux comme notre Jupiter - est en orbite autour de l'étoile et "balaie" par gravité le gaz à cette distance de la étoile.
Comme pour les découvertes de la jeune planète de l'année dernière, ces observations représentent un défi pour toutes les théories existantes de la formation de la planète géante, en particulier celles des modèles de «noyau-accrétion» dans lesquels ces planètes sont construites par accrétion de plus petits corps, qui nécessitent beaucoup plus de temps pour construire une planète géante que l'âge de ces systèmes.
L'équipe IRS Disks a découvert autre chose de curieux à propos de GM Aurigae. Au lieu d'un simple nettoyage central du disque de poussière, comme dans les autres cas étudiés, GM Aurigae a un espace clair dans son disque qui sépare un disque externe dense et poussiéreux d'un disque interne ténu. Cela pourrait être soit une étape intermédiaire alors que la nouvelle planète élimine la poussière qui l'entoure et conduisant à une clairance centrale complète comme les autres disques de la «petite planète», ou cela pourrait être le résultat de plusieurs planètes se formant en peu de temps et balayant la poussière d'une manière plus complexe.
GM Aurigae a 1,05 fois la masse de notre Soleil - un jumeau proche - donc il se développera en une étoile très similaire au Soleil. S'il était superposé à notre propre système solaire, l'écart découvert s'étendrait à peu près de l'orbite de Jupiter (460 millions de milles) à l'orbite d'Uranus (1,7 milliard de milles). C'est la même gamme dans laquelle apparaissent les planètes géantes gazeuses de notre propre système. De petites planètes non géantes gazeuses, des mondes rocheux comme la Terre, ne balayeraient pas autant de matière et ne seraient donc pas détectables en l'absence de poussière.
Le télescope spatial Spitzer a été lancé en orbite le 25 août 2003. L'équipe de recherche des disques IRS est dirigée par des membres qui ont construit le spectrographe infrarouge de Spitzer et comprend des astronomes de l'Université de Rochester, de l'Université Cornell, de l'Université du Michigan, de l'Autonomous National. Université du Mexique, Université de Virginie, Ithaca College, Université d'Arizona et UCLA. Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, gère la mission Spitzer Space Telescope pour la Direction des missions scientifiques de la NASA, à Washington. Les opérations scientifiques sont menées au Spitzer Science Center du California Institute of Technology, également à Pasadena.
