Hubble découvre une protoplanète qui pourrait bouleverser les modèles de formation planétaire

Le télescope spatial Hubble de la NASA a mis en image des preuves directes de la formation d’une protoplanète semblable à Jupiter à travers ce que les chercheurs décrivent comme un « processus intense et violent ». La découverte soutient une théorie longuement discutée de la formation de planètes comme Jupiter, appelée « instabilité du disque ».

Le nouveau monde en construction est intégré dans un disque protoplanétaire de poussière et de gaz avec une structure en spirale distinctive qui orbite autour de lui, entourant une jeune étoile dont l’âge est estimé à environ deux millions d’années. C’était à peu près l’âge de notre système solaire lorsque la formation des planètes était en cours. (Le système solaire a actuellement 4,6 milliards d’années.)

« La nature est intelligente, elle peut produire des planètes de différentes manières », a déclaré Thayne Currie du télescope Subaru et Eureka Scientific, l’auteur principal de l’étude.

Toutes les planètes sont constituées d’un matériau qui provient d’un disque stellaire. La théorie dominante de la formation des planètes joviennes s’appelle « l’accrétion du noyau », une approche ascendante dans laquelle les planètes intégrées dans le disque se développent à partir de corps minuscules – dont la taille varie des grains de poussière aux roches – et se heurtent et se collent les unes aux autres lorsqu’elles orbitent autour d’un Star. Ce noyau gazeux s’accumule ensuite lentement à partir du disque. En revanche, l’approche de l’instabilité du disque est un modèle descendant dans lequel, lorsqu’un disque massif autour d’une étoile se refroidit, la gravité provoque la désintégration rapide du disque en un ou plusieurs fragments de la masse de la planète.

La planète nouvellement formée, appelée AB Aurigae b, est probablement environ neuf fois plus grande que Jupiter et orbite autour de son étoile hôte à 8,6 milliards de kilomètres, soit plus de deux fois la distance de Pluton à notre soleil. À cette distance, il faudrait très longtemps, si c’était le cas, pour qu’une planète de la taille de Jupiter se forme par accrétion primaire. Cela amène les chercheurs à conclure que l’instabilité du disque a permis à cette planète de se former à une si grande distance. Cela contraste fortement avec les prédictions de la formation des planètes par le modèle d’accrétion du noyau largement accepté.

La nouvelle analyse combine les données de deux instruments Hubble : le spectromètre imageur du télescope spatial et la caméra proche infrarouge et le spectrographe multi-objets. Ces données ont été comparées à celles obtenues par le dernier instrument d’imagerie planétaire appelé SCExAO sur le télescope japonais Subaru de 8,2 mètres situé au sommet du Mauna Kea, à Hawaï. La richesse des données des télescopes spatiaux et terrestres s’est avérée cruciale, car il est très difficile de distinguer les planètes mineures des propriétés complexes des disques qui n’ont rien à voir avec les planètes.

« L’explication de ce système est très difficile », a déclaré Corey. « C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avons besoin de Hubble pour ce projet – une image propre pour mieux séparer la lumière du disque et de toute planète. »

La nature elle-même a également prêté main forte : le disque massif de poussière et de gaz en orbite autour de l’étoile AB Aurigae s’est incliné presque de face devant notre vue depuis la Terre.

Curie a souligné que la longévité de Hubble jouait un rôle particulier en aidant les chercheurs à mesurer l’orbite de la protoplanète. Il était à l’origine très sceptique quant au fait qu’AB Aurigae b était une planète. Les données d’archives de Hubble, combinées à l’imagerie de Subaru, ont marqué un tournant dans son changement d’avis.

« Nous n’avons pas été en mesure de détecter ce mouvement depuis un an ou deux », a déclaré Corey. « Hubble a fourni une base de temps, ainsi que les données Subaru, pendant 13 ans, ce qui était suffisant pour pouvoir détecter un mouvement orbital. »

« Ce résultat améliore les observations au sol et dans l’espace, et nous remonterons dans le temps avec les observations d’archives de Hubble », a ajouté Olivier Guyon de l’Université d’Arizona, Tucson, et du télescope Subaru, Hawaï. « AB Aurigae b a maintenant été examiné sur plusieurs longueurs d’onde, et une image cohérente a émergé – une image très solide. »

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans le numéro du 4 avril de astronomie naturelle.

« Cette nouvelle découverte est une preuve solide que certaines planètes géantes gazeuses peuvent se former par le mécanisme de l’instabilité du disque », a déclaré Alan Buss de la Carnegie Institution for Science à Washington, DC. « En fin de compte, la gravité est tout ce qui compte, car les restes du processus de formation des étoiles finiront par se rassembler par gravité pour former des planètes, d’une manière ou d’une autre. »

Comprendre les premiers jours de la formation des planètes de type Jupiter fournit aux astronomes un meilleur contexte dans l’histoire de notre système solaire. Cette découverte ouvre la voie à de futures études sur la composition chimique des disques protoplanétaires tels que AB Aurigae, y compris le télescope spatial James Webb de la NASA.