Communiqué de presse

Les astronomes détectent pour la première fois un disque dans lequel des lunes peuvent se former autour d'une exoplanète

22 juillet 2021

Grâce à l'Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA), dont l'Observatoire Européen Austral (ESO) est partenaire, des astronomes ont détecté sans ambiguïté, pour la première fois, la présence d'un disque autour d'une planète en dehors de notre système solaire. Ces observations apporteront un nouvel éclairage sur la façon dont les lunes et les planètes se forment dans les jeunes systèmes stellaires.

"Notre travail révèle clairement la détection d'un disque dans lequel des satellites pourraient être en train de se former", déclare Myriam Benisty, chercheuse à l'Université de Grenoble (France) et à l'Université du Chili, qui a dirigé les nouveaux travaux publiés aujourd'hui dans The Astrophysical Journal Letters. "Nos observations avec ALMA ont été obtenues à une résolution si fine que nous avons pu clairement identifier que le disque est associé à la planète et nous sommes capables de déterminer sa taille pour la première fois", ajoute-t-elle.

Le disque en question, appelé disque circumplanétaire, entoure l'exoplanète PDS 70c, l'une des deux planètes géantes, semblables à Jupiter, qui est en orbite autour d'une étoile située à près de 400 années-lumière. Les astronomes avaient déjà trouvé des indices d'un disque permettant la formation de lunes autour de cette exoplanète, mais ils ne pouvaient pas distinguer clairement le disque de son environnement proche et confirmer sa détection - jusqu'à présent.

En outre, avec l'aide d'ALMA, Myriam Benisty et son équipe ont découvert que le disque a à peu près le même diamètre que la distance entre notre Soleil et la Terre et une masse suffisante pour former jusqu'à trois satellites comme la Lune.

Mais les résultats ne sont pas seulement essentiels pour découvrir comment les lunes se forment. "Ces nouvelles observations sont également extrêmement importantes pour tester les théories sur la formation des planètes qui ne pouvaient pas être vérifiées jusqu'à présent", explique Jaehan Bae, chercheur au Earth and Planets Laboratory de la Carnegie Institution for Science, aux États-Unis, et auteur de l'étude.

Les planètes se forment dans des disques de poussière autour de jeunes étoiles, creusant des cavités en accrétant de la matière de ce disque circumstellaire pour croître. Au cours de ce processus, une planète peut acquérir son propre disque circumplanétaire, qui contribue à la croissance de la planète en régulant la quantité de matière qui tombe sur elle. Dans le même temps, le gaz et la poussière du disque circumplanétaire peuvent s'assembler en corps de plus en plus grands par le biais de collisions multiples, ce qui conduit finalement à la naissance de lunes.

Mais les astronomes ne comprennent pas encore parfaitement les détails de ces processus. "En bref, on ne sait toujours pas quand, où et comment se forment les planètes et les lunes", explique Stefano Facchini, chercheur à l'ESO, également impliqué dans cette recherche.

"Plus de 4000 exoplanètes ont été trouvées jusqu'à présent, mais toutes ont été détectées dans des systèmes matures. PDS 70b et PDS 70c, qui forment un système rappelant la paire Jupiter-Saturne, sont les deux seules exoplanètes détectées à ce jour qui sont encore en cours de formation", explique Miriam Keppler, chercheuse au Max Planck Institute for Astronomy en Allemagne et l'une des coauteures de l'étude.

"Ce système nous offre donc une opportunité unique d'observer et d'étudier les processus de formation des planètes et des satellites", ajoute Stefano Facchini.

PDS 70b et PDS 70c, les deux planètes qui composent le système, ont été découvertes pour la première fois à l'aide du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO en 2018 et 2019 respectivement, et ont été observées avec d'autres télescopes et instruments à de nombreuses reprises depuis [1].

Les dernières observations à haute résolution d'ALMA ont maintenant permis aux astronomes d'obtenir des informations supplémentaires sur le système. En plus de confirmer la détection du disque circumplanétaire autour de PDS 70c et d'étudier sa taille et sa masse, ils ont découvert que PDS 70b ne présente pas de preuve évidente de la présence d'un tel disque, ce qui indique qu'il a été privé par PDS 70c des poussières de son environnement de naissance.

Ce système planétaire sera compris de manière encore plus approfondie grâce à l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO, actuellement en construction sur le Cerro Armazones, dans le désert chilien d'Atacama. "L'ELT sera essentiel pour cette recherche car, grâce à sa résolution beaucoup plus élevée, nous serons en mesure de cartographier le système dans ses moindres détails", explique le co-auteur Richard Teague, chercheur au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, aux États-Unis. En particulier, en utilisant la caméra et le spectrographe METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) de l'ELT, l'équipe sera en mesure d'examiner les mouvements du gaz entourant PDS 70c pour obtenir une image 3D complète du système.

Notes

[1] PDS 70b a été découverte avec l'instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch), tandis que PDS 70c a été découverte avec MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) du VLT. Le système à deux planètes a également été étudié à l'aide de l'instrument X-shooter, également installé sur le VLT de l'ESO.

Plus d'informations

Cette recherche est présentée dans article intitulé “A Circumplanetary Disk Around PDS 70c” publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

L'équipe est composée de Myriam Benisty (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS, Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago du Chili, Chili et Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France [UGA]), Jaehan Bae (Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington DC, USA), Stefano Facchini (European Southern Observatory, Garching bei München, Allemagne), Miriam Keppler (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Allemagne [MPIA]), Richard Teague (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, MA, USA [CfA]), Andrea Isella (Department of Physics and Astronomy, Rice University, Houston, TX, USA), Nicolas T. Kurtovic (MPIA), Laura M. Perez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chile [UCHILE]), Anibal Sierra (UCHILE), Sean M. Andrews (CfA), John Carpenter (Observatoire conjoint ALMA, Santiago du Chili, Chili), Ian Czekala (Department of Astronomy and Astrophysics, Pennsylvania State University, PA, USA, Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Davey Laboratory, Pennsylvania State University, PA, USA, Center for Astrostatistics, Davey Laboratory, Pennsylvania State University, PA, USA et Institute for Computational & Data Sciences, Pennsylvania State University, PA, USA), Carsten Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Université d'Amsterdam, Pays-Bas), Thomas Henning (MPIA), Francois Menard (UGA), Paola Pinilla (MPIA et Mullard Space Science Laboratory, University College London, Holmbury St Mary, Dorking, Royaume-Uni) et Alice Zurlo (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago du Chili, Chili et Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago du Chili, Chili).

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 16 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l’Irlande, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, 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 l'un des plus grands télescopes conçus 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 géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en 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.

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Contacts

Myriam Benisty
Universidad de Chile and Université Grenoble Alpes
Santiago de Chile, Chile
Courriel: myriam.benisty@univ-grenoble-alpes.fr

Jaehan Bae
Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science
Washington DC, USA
Courriel: jbae@carnegiescience.edu

Stefano Facchini
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Courriel: stefano.facchini@eso.org

Miriam Keppler
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Courriel: keppler@mpia.de

Richard Teague
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Cambridge, MA, USA
Courriel: richard.d.teague@cfa.harvard.edu

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