Disques donnant naissance à de nouvelles planètes, vus par le Very Large Telescope. ESO/C. Ginski, A. Garufi, P.-G. Valegård et al.
Lorsque nous regardons les étoiles, ce n’est généralement pas un désir ardent pour les lointaines profondeurs de l’espace qui nous anime. Lorsque nous regardons vers l’extérieur, c’est en fait vers nous-mêmes que nous nous tournons. Nous essayons de comprendre notre place dans l’immensité inimaginable de l’univers.
L’une des questions les plus brûlantes qui nous animent est de savoir à quel point nous sommes uniques. La vie n’est-elle apparue qu’ici, sur Terre, ou notre galaxie en est-elle truffée ?
Pour le savoir, il faut d’abord comprendre à quel point la Terre est spéciale et, par extension, l’ensemble de notre système solaire. Pour cela, il faut savoir comment les systèmes solaires se forment. C’est exactement ce que mes collègues et moi-même avons commencé à découvrir grâce à une nouvelle série d’études sur les régions de formation d’étoiles.
Au cours des dernières décennies, les astronomes ont repéré plus de 5 000 planètes autour d’étoiles lointaines, appelées exoplanètes. Nous savons aujourd’hui que les planètes sont si nombreuses que l’on peut regarder presque n’importe quelle étoile dans le ciel nocturne et être presque certain que des planètes tournent autour d’elle. Mais à quoi ressemblent ces planètes ?
La première planète découverte autour d’une étoile semblable au Soleil a été un choc pour nous. Il s’agissait d’un Jupiter chaud, une géante gazeuse massive qui tourne autour de son étoile mère sur une orbite si serrée que la durée d’une année n’est que de quatre jours. Il s’agit d’un monde véritablement étranger qui n’a pas d’équivalent dans notre propre système solaire.
Depuis cette première découverte révolutionnaire, les astronomes ont découvert des systèmes très serrés de super-Terres, des planètes rocheuses plusieurs fois plus massives que la Terre, ainsi que d’impressionnantes géantes gazeuses sur des orbites de plusieurs siècles autour de leur étoile mère. Parmi les nombreux systèmes planétaires que nous avons découverts, aucun n’égale notre propre système solaire. En fait, la plupart d’entre eux sont très différents.
Pour comprendre la genèse de ces différents systèmes, il faut remonter au tout début. Il s’agit des majestueux disques de poussière et de gaz qui entourent les étoiles les plus jeunes. Ce sont les pouponnières qui donneront naissance à de nouveaux systèmes planétaires.
Ces disques sont des objets énormes, jusqu’à plusieurs centaines de fois plus étendus que la distance entre la Terre et le Soleil. Pourtant, dans le ciel, ils apparaissent minuscules. En effet, même les plus proches, qui se trouvent pratiquement dans notre arrière-cour galactique, se trouvent à une distance comprise entre 600 et 1 600 années-lumière.
C’est une distance minuscule si l’on considère que la Voie lactée a un diamètre de plus de 100 000 années-lumière, mais cela signifie que la lumière, la chose la plus rapide de l’univers, met jusqu’à 1 600 ans pour nous atteindre.
La taille typique de l’une de ces pouponnières planétaires, vue de la Terre, correspondrait à un angle de 1 “seconde d’arc” sur le ciel, ce qui équivaut à une 3 600e partie de degré. Pour mettre les choses en perspective, c’est comme essayer d’observer une personne se tenant au sommet de la Tour Eiffel à 500 km de distance, dans la capitale néerlandaise d’Amsterdam.
Pour observer ces disques, nous avons besoin des télescopes les plus avancés et les plus grands. Nous avons également besoin d’instruments sophistiqués capables de corriger les turbulences atmosphériques qui brouillent nos images. Il s’agit là d’un véritable exploit technique, la dernière génération d’instruments n’étant disponible que depuis une dizaine d’années.
Nouvelles découvertes
En utilisant le “Very Large Telescope” de l’Observatoire européen austral, le VLT, et la caméra d’optique adaptative extrême Sphere, nous avons maintenant commencé à étudier les jeunes étoiles proches.
Notre équipe, composée de scientifiques de plus de dix pays, a pu observer plus de 80 de ces jeunes étoiles dans les moindres détails. Nos résultats ont été publiés dans une série d’articles dans la revue Astronomy and Astrophysics.
Toutes les images ont été prises dans le proche infrarouge, invisible à l’œil humain. Elles montrent la lumière des jeunes étoiles lointaines telle qu’elle est réfléchie par les minuscules particules de poussière contenues dans les disques. Ces poussières ressemblent à du sable sur la plage et finiront par s’agglutiner pour former de nouvelles planètes.
Ce que nous avons découvert, c’est une étonnante diversité de formes de ces pouponnières planétaires. Certaines d’entre elles possèdent d’énormes systèmes d’anneaux, d’autres de grands bras spiraux. Certaines sont lisses et calmes, tandis que d’autres sont prises au milieu d’une tempête de poussière et de gaz provenant des nuages de formation d’étoiles qui les entourent.
Alors que nous nous attendions à une certaine diversité, notre étude montre pour la première fois qu’il en va de même au sein des mêmes régions de formation d’étoiles. Ainsi, même les systèmes planétaires qui se forment dans le même voisinage peuvent être très différents les uns des autres.
Disques de formation de planètes dans le nuage riche en gaz de Chamaeleon I, à environ 600 années-lumière de la Terre.
Ginski et, al 2024, CC BY-SA
La découverte d’un tel éventail de disques suggère que la grande diversité des exoplanètes découvertes jusqu’à présent est une conséquence de ce large spectre de pouponnières planétaires.
Contrairement au Soleil, la plupart des étoiles de notre galaxie ont des compagnons, deux étoiles ou plus orbitant autour d’un centre de masse commun. En observant la constellation d’Orion, nous avons constaté que les étoiles en groupes de deux ou plus étaient moins susceptibles d’avoir de grands disques de formation de planètes que les étoiles solitaires. Il s’agit là d’une information utile pour la recherche d’exo-planètes.
Une autre découverte intéressante est l’irrégularité des disques dans cette région, ce qui suggère qu’ils pourraient abriter des planètes massives qui déforment les disques.
La prochaine étape de nos recherches consistera à relier des planètes spécifiques à leurs pouponnières, afin de comprendre en détail comment les différents systèmes ont pu se former. Nous voulons aussi zoomer encore plus sur les régions les plus internes de ces disques, dans lesquelles des planètes terrestres comme la nôtre sont peut-être déjà en train de se former.
Pour ce faire, nous utiliserons la nouvelle génération de télescopes dont le fer de lance est le “Extremely Large Telescope” de l’Observatoire européen austral, actuellement en construction dans le désert chilien d’Atacama.
De nombreuses questions restent en suspens. Mais grâce à notre étude, nous savons désormais que le tout premier pas sur le long chemin de l’émergence de la vie est d’une beauté inouïe.
Christian Ginski travaille pour l’Université de Galway et travaille fréquemment avec les installations de l’ESO.
