Une planète nouvellement découverte relance le débat sur la formation de certains mondes géants

Une planète jeune et massive orbite dans un endroit inhabituel de son système stellaire, et elle amène les chercheurs à raviver une vision longtemps débattue de la façon dont les planètes géantes peuvent se former.

La protoplanète, neuf fois la masse de Jupiter, est trop éloignée de son étoile pour s’être formée en accrétant de la matière morceau par morceau, suggèrent des images. Au lieu de cela, le monde massif s’est probablement formé d’un seul coup dans une violente implosion de gaz et de poussière, rapportent des chercheurs le 4 avril à Astronomie naturelle

“Ma première réaction a été qu’il n’y a aucun moyen que cela soit vrai”, déclare Thayne Currie, astrophysicien au télescope Subaru dont le siège est à Hilo, Hawaii.

Pendant des années, les astronomes ont débattu de la façon dont les planètes géantes pourraient se former (SN : 03/12/10† Dans l’histoire de «l’accrétion du noyau», une planète commence par de petits morceaux de matière dans un disque de gaz, de poussière et de glace tourbillonnant autour d’une jeune étoile. Les amas continuent d’accréter d’autres matières, devenant le noyau de la planète. Au-delà d’une certaine distance de l’étoile, ce noyau accumule alors une épaisse couverture d’hydrogène et d’hélium, le transformant en un monde gonflé et gazeux.

Mais la nouvelle planète, en orbite autour d’une étoile appelée AB Aurigae, se trouve à la périphérie de son système, là où il y a moins de matière à rassembler en un noyau. Dans cette position, le noyau ne peut pas devenir suffisamment massif pour créer son enveloppe gazeuse. L’emplacement éloigné de la planète, affirment Currie et ses collègues, la rend plus susceptible de se former via «l’instabilité du disque», où le disque autour de l’étoile se brise en fragments de la taille d’une planète. Les fragments s’effondrent alors rapidement sur eux-mêmes, attirés par leur propre gravité, et s’agglutinent, formant une planète géante.

À l’aide du télescope Subaru au sommet du Mauna Kea, Currie et ses collègues ont observé AB Aurigae périodiquement de 2016 à 2020. Le télescope spatial Hubble de la NASA a également observé l’étoile à plusieurs reprises pendant 13 ans. En regardant toutes ces images, l’équipe a vu un point lumineux à côté de l’étoile. L’amas lumineux était une protoplanète claire, nommée AB Aur b, en orbite à près de 14 milliards de kilomètres de son étoile – environ 3 fois plus loin que Neptune est du soleil.

Sur les images, AB Aur b semblait tout droit sorti d’une simulation de formation de planètes par instabilité de disque, dit Currie. Sauf que c’était réel.

images en fausses couleurs rouges d'un disque de gaz et de poussière encercle l'étoile AB Aurigae en 2007 et en 2021
Dans une image en fausses couleurs de 2021 (à gauche) du télescope spatial Hubble, un disque de gaz et de poussière encercle l’étoile AB Aurigae (emplacement marqué d’un symbole d’étoile). En zoomant (en bas à droite), une planète encore en formation, AB Aur b, apparaît sous la forme d’un point lumineux (flèche) dans le disque, à droite où un point similaire est apparu en 2007 (en haut à droite).NASA, ESA, Thayne Currie/Télescope Subaru, Alyssa Pagan/STScI

“Pendant très longtemps, je n’ai jamais cru que la formation de planètes par instabilité du disque pouvait réellement fonctionner”, dit-il.

Parce que AB Aur b continue de croître, intégré dans le disque de la jeune étoile, cela pourrait aider à expliquer comment la poignée de planètes massives connues en orbite loin de leurs étoiles s’est formée.

“Nous ne connaissons peut-être que quelques dizaines de boîtes au total de ces types de planètes”, explique Quinn Konopacky, astrophysicien à l’Université de Californie à San Diego qui n’a pas participé à la recherche. “Chacun que nous trouvons est fondamentalement précieux.”

Il est difficile de distinguer si une planète s’est formée par l’accrétion du noyau ou l’instabilité du disque par les seules observations, dit Konopacky. Le fait qu’AB Aur b soit à une si grande distance de son étoile est une “bonne preuve” que l’instabilité du disque est ce qui se passe, dit-elle. Pourtant, “je pense qu’il y a encore beaucoup de travail à faire et d’autres moyens que nous pouvons essayer d’évaluer si c’est ce qui se passe dans le système.”

Konopacky et Currie disent que cette recherche ne représente que la deuxième observation directe d’une protoplanète (SN : 02/07/18† Souvent, les chercheurs ont du mal à distinguer une planète en formation réelle d’un disque planétaire.

Le télescope spatial James Webb récemment lancé pourrait aider les chercheurs à comprendre ces géantes gazeuses anormales très éloignées de leurs étoiles en étudiant le système AB Aurigae et d’autres semblables, dit Currie (SN : 24/01/22† “Je pense que cela suscitera de nombreux débats et des études de suivi par d’autres chercheurs.”

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