LESIA - Observatoire de Paris

ß Pictoris : la course d’une exoplanète autour de son étoile

vendredi 11 juin 2010

La planète orbite autour de son étoile à une distance semblable à celle de Saturne au Soleil. Cette exoplanète, de neuf fois la masse de Jupiter, pourrait s’être formée de la même manière que les planètes géantes de notre Système solaire. Plusieurs images ont été obtenues, de 2003 à 2009, par une équipe internationale pilotée par des chercheurs du Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble (CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG-INSU) et comprenant des chercheurs du LESIA.

Pour ce faire, ils ont utilisé le système d’optique adaptative NACO du Very Large Telescope de l’ESO. Ce résultat prouve que les planètes géantes peuvent se former dans des disques de matière en seulement quelques millions d’années, une durée très brève comparée au temps cosmique. A paraître en ligne dans Science Express, le jeudi 10 juin 2010.

Seulement âgée de 12 millions d’années environ, soit moins de 3% de l’âge du Soleil, Bêta Pictoris est 1,75 fois plus massive que notre étoile. Située à près de 60 années-lumière dans la constellation du Peintre, elle est l’un des exemples les plus connus d’étoile entourée d’un disque de poussière (appelé disque de débris [1].). De précédentes observations ont montré un gauchissement du disque et des comètes tombant sur l’étoile. "Ces éléments suggéraient de façon indirecte la présence d’une planète massive et nos nouvelles observations le prouvent maintenant d’une façon définitive" indique la responsable de l’équipe internationale, Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS et membre du Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble (LAOG : CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG/INSU). "Puisque l’étoile est très jeune, nos résultats montrent que les planètes géantes gazeuses peuvent se former dans les disques en seulement quelques millions d’années."

De récentes observations ont indiqué que les disques autour de jeunes étoiles se dispersent en quelques millions d’années, et que la formation de planètes géantes doit se produire plus rapidement que ce que l’on pensait. Bêta Pictoris en est la preuve.

L’équipe a utilisé l’instrument NACO [2] équipant l’un des télescopes du Very Large Telescope de l’ESO, pour étudier l’environnement proche de Bêta Pictoris en 2003, 2008 et 2009. En 2003, une source faible a été détectée à l’intérieur du disque, mais les données n’étaient pas suffisantes pour permettre d’exclure de façon définitive la possibilité que cette source soit une étoile d’arrière-plan. "Sur de nouvelles images obtenues début 2009, la source avait disparu !" indique Anthony Boccaletti, chargé de recherche au CNRS et membre du LESIA qui a contribué à l’analyse des données. "Les observations les plus récentes, prises fin 2009, révèlent que l’objet se situe de l’autre côté du disque ce qui implique qu’il est passé derrière son étoile parente". Ceci a permis de confirmer que la source n’était pas une étoile de fond mais une exoplanète se déplaçant autour de son étoile, donnant ainsi des éléments pour déterminer son orbite autour de l’étoile.

Images de l'exoplanète ß Pictoris b
Images de l’exoplanète ß Pictoris b

au moment des deux détections, avec annotations.
© ESO/A.M. Lagrange

Parmi les quelques exoplanètes (moins de 10) dont on a une image, Bêta Pictoris b est celle qui a la plus petite orbite. Elle est située à une distance comprise entre 8 et 15 unités astronomiques [3] de son étoile. "La courte période de la planète nous permettra d’enregistrer son orbite complète dans un délai relativement court à l’échelle astronomique (entre 15 et 40 ans) et les futures études de Bêta Pictoris b fourniront les éléments très importants sur la physico-chimie de l’atmosphère d’une jeune exoplanète géante", dit Mickael Bonnefoy, doctorant au LAOG.

La masse de l’exoplanète est équivalente à 9 fois celle de Jupiter. Elle a la bonne masse et se situe au bon endroit pour expliquer le gauchissement des parties intérieures du disque. Cette découverte présente certaine similitude avec la prévision de l’existence de Neptune qu’avait réalisée Adams et Le Verrier au 19e siècle, en observant Uranus.

"Avec les exoplanètes trouvées autour de jeunes étoiles massives telles Fomalhaut et HR8799, l’existence de Bêta Pictoris b suggère que les "super-jupiter" pourraient être des sous-produits fréquents de la formation d’étoiles massives", explique Gaël Chauvin, chargé de recherche au CNRS et membre du LAOG.

De telles planètes perturbent les disques circumstellaires, créant des structures particulières qui seront aisément observables avec ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), le grand projet international d’interféromètre radio.

D’autres images d’exoplanètes ont été obtenues, mais ces planètes sont toutes situées plus loin de leur étoile hôte que ne l’est Bêta Pictoris b. Si nous étions dans le Système solaire, ces exoplanètes se trouveraient au-delà de l’orbite de la planète la plus lointaine, Neptune. Les processus de formation de ces planètes éloignées sont susceptibles d’être très différents de ceux qui ont eu lieu dans notre Système solaire et dans Bêta Pictoris.

"Les images récentes des exoplanètes - dont beaucoup ont été faites avec le VLT - illustrent la diversité des systèmes planétaires", déclare Anne-Marie Lagrange. "Parmi celles-ci, Bêta Pictoris b est le cas le plus prometteur : une planète qui pourrait avoir été formée comme les planètes géantes du Système solaire."

Vue d'artiste de l'exoplanète ß Pictoris b tournant autour de son étoile (...)
Vue d’artiste de l’exoplanète ß Pictoris b tournant autour de son étoile mère

© ESO / L. Calçada.

Composition de l’équipe

A.-M. Lagrange, M. Bonnefoy, G. Chauvin, D. Ehrenreich, D. Mouillet du Laboratoire d’Astrophysique de Grenoble (CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG/INSU) ;
D. Apai du Space Telescope Institute, USA ;
A. Boccaletti, D. Gratadour, D. Rouan, S. Lacour du LESIA ;
M. Kasper de l’ESO.

Référence

"A Giant Planet Imaged in the disk of the Young Star β Pictoris". A.-M. Lagrange, M. Bonnefoy, G. Chauvin, D. Apai, D. Ehrenreich, A. Boccaletti, D. Gratadour, D. Rouan, D. Mouillet , S. Lacour, M. Kasper. Science Express, 10/06/2010.

Contact LESIA

Anthony Boccaletti

Pour en savoir plus

Notes

[1Les disques de débris se composent de poussière résultant des collisions entre des corps tels les embryons planétaires ou les astéroïdes. Ils représentent une version de la poussière zodiacale de notre Système solaire mais à plus grande échelle

[2NACO est constitué d’un système d’optique adaptative et d’un spectro-imageur dans le proche infrarouge (NAOS-CONICA). Le dispositif d’optique adaptative a été développé sous la maîtrise d’œuvre de l’ONERA avec, notamment, le Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (Observatoire de Paris, CNRS) et le LAOG (Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble/INSU). Ce système compense la dégradation des images produite par la turbulence de l’atmosphère.

[31 unité astronomique = distance Soleil-Terre. Saturne se trouve en moyenne à 9,5 unités astronomiques du Soleil.