Hubble observe la croissance d’une exoplanète géante

Cette illustration de l’exoplanète PDS 70b nouvellement formée montre comment des matériaux pourraient tomber sur le monde géant lors de la construction du bloc. En utilisant la sensibilité de Hubble à la lumière ultraviolette (UV), les chercheurs ont eu une vue unique du rayonnement produit par le gaz extrêmement chaud tombant sur la planète, leur permettant de mesurer directement le taux de croissance de la masse de la planète pour la première fois. La planète PDS 70b est entourée de son propre disque de gaz et de poussière qui extrait des matériaux du disque océanique beaucoup plus grand de ce système solaire. Les chercheurs supposent que les lignes de champ magnétique s’étendent du disque environnant dans l’atmosphère des exoplanètes et transportent des matériaux jusqu’à la surface de la planète. L’illustration montre une configuration possible d’accumulation magnétosphérique, mais l’ingénierie détaillée du champ magnétique nécessite des travaux futurs à étudier. Le monde lointain a déjà gagné jusqu’à cinq fois la masse de Jupiter sur une période d’environ cinq millions d’années, mais on s’attend à ce qu’il soit à la fin de son processus de formation. PDS 70b tourne autour de l’étoile naine orange PDS 70 à environ 370 années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure. Crédit: NASA, Agence spatiale européenne, STScI, Joseph Olmsted (STScI)

Une exoplanète PDS 70b engloutit du gaz et de la poussière alors qu’elle continue de prendre de la masse.

Avez-vous déjà fait un désordre complet dans votre cuisine pendant la cuisson? Dans quelques instants, il peut sembler que la farine flotte dans l’air, mais une fois que vous ajoutez beaucoup d’eau et formez la pâte, le pain devient comme une boule. Un processus similaire est à l’œuvre dans un système solaire à longue portée connu sous le nom de PDS 70, à l’exception de la farine et de l’eau qui sont remplacées par du gaz et de la poussière. Dans le cas du PDS 70b, le gaz et la poussière sont lentement aspirés alors que ce monde lointain accumule de la masse sur des millions d’années.

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À l’aide de Hubble, les chercheurs ont mesuré directement le taux de croissance de masse du PDS 70b pour la première fois en utilisant les sensibilités uniques de l’observatoire aux rayons ultraviolets pour capturer le rayonnement du gaz extrêmement chaud tombant sur la planète. Énorme, JupiterLes orbites du grand monde sont à peu près à la même distance que Uranus Il le fait à partir du soleil – bien qu’il coule à travers un désordre de gaz et de poussière lorsqu’il se déplace dans le système solaire. La planète, qui a commencé à se former il y a environ 5 millions d’années, est peut-être à la fin de son processus de formation. Les découvertes des chercheurs ouvrent une nouvelle façon d’étudier la formation des planètes qui pourrait aider d’autres astronomes cherchant à en savoir plus sur la façon dont les planètes géantes se développent dans des systèmes solaires éloignés.

Un disque planétaire primaire autour du PDS 70

Le très grand télescope de l’Observatoire austral européen a capturé la première image claire d’une planète formée, PDS 70b, autour d’une étoile naine en 2018. La planète se détache comme un point lumineux à droite du centre de l’image, qui est atténué par un masque de choronographie utilisé pour bloquer la lumière de l’étoile centrale. Crédit: ESO, VLT, André B. Müller (ESO)

NASAde Le télescope spatial Hubble Les astronomes donnent un aperçu rare d’une planète de la taille de Jupiter encore en train de se nourrir du matériau entourant une jeune étoile.

“Nous ne savons pas grand-chose sur la croissance des planètes géantes”, a déclaré Brendan Bowler de l’Université du Texas à Austin. “Ce système planétaire nous donne la première occasion d’assister à la chute de la matière sur une planète. Nos résultats ouvrent un nouveau domaine pour cette recherche.”

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Bien que plus de 4000 exoplanètes aient été cataloguées à ce jour, seulement une quinzaine d’entre elles ont été imagées en direct à ce jour avec des télescopes. Et les planètes sont si loin et si petites qu’elles ne sont que des points dans les meilleures images. La technologie récente de l’équipe utilisant Hubble pour photographier directement cette planète ouvre une nouvelle voie pour plus d’informations Exoplanète Recherche, en particulier pendant les années formatrices de la planète.

Cette exoplanète massive, appelée PDS 70b, tourne autour de l’étoile naine orange PDS 70, déjà connue pour avoir deux planètes actives à l’intérieur d’un disque massif de poussière et de gaz entourant l’étoile. Le système est situé à 370 années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure.

“Ce système est très excitant car nous pouvons voir une planète se former”, a déclaré Yifan Zhou de l’Université du Texas à Austin. “C’est la plus petite planète que Hubble ait jamais photographiée directement.” À 5 millions d’années, la planète continue de rassembler des matériaux et de construire de la masse.

La sensibilité de Hubble aux rayons ultraviolets (UV) fournit un aperçu unique du rayonnement produit par le gaz extrêmement chaud tombant sur la planète. “Les observations de Hubble nous ont permis d’estimer à quelle vitesse la planète gagnait de la masse”, a ajouté Chu.

Image PDS 70 Hubble

Les observations de Hubble mettent en évidence le PDS 70b. Une image du chronographe sur la caméra de Hubble bloque l’éblouissement de l’étoile centrale afin que la planète puisse être directement observée. Bien que plus de 4000 exoplanètes aient été cataloguées à ce jour, seulement une quinzaine d’entre elles ont été imagées en direct à ce jour avec des télescopes. La technologie récente de l’équipe d’utiliser Hubble pour photographier directement cette planète ouvre une nouvelle voie pour davantage de recherche sur les exoplanètes, en particulier pendant les années de formation de la planète. Crédits: Joseph Depasqual (STScI)

Les observations ultraviolettes, qui s’ajoutent au corpus de recherche sur la planète, ont permis à l’équipe de mesurer directement le taux de croissance de la masse de la planète pour la première fois. Le monde lointain a déjà gagné jusqu’à cinq fois la masse de Jupiter sur une période d’environ 5 millions d’années. Le taux d’accrétion mesuré actuel a diminué au point que, si le taux restait constant pendant encore un million d’années, la planète n’augmenterait que d’un 1/100 supplémentaire de la masse de Jupiter.

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Zhou et Bowler soulignent que ces observations sont un instantané dans le temps – plus de données sont nécessaires pour déterminer si la vitesse à laquelle la planète ajoute de la masse augmente ou diminue. “Nos mesures indiquent que la planète est à la fin de son processus de formation.”

Le jeune système PDS 70 est rempli d’un disque primitif de gaz et de poussière qui fournit du carburant pour alimenter la croissance planétaire dans tout le système. La planète PDS 70b est entourée de son propre disque de poussière et de gaz qui extrait la matière d’un disque océanique beaucoup plus grand. Les chercheurs supposent que les lignes de champ magnétique s’étendent du disque environnant dans l’atmosphère des exoplanètes et transportent des matériaux jusqu’à la surface de la planète.

“Si ce matériau devait suivre des panaches du disque à la planète, cela provoquerait des points chauds locaux”, a déclaré Chu. “Ces points chauds pourraient être au moins dix fois la température de la planète.” Ces points chauds brillent fortement dans la lumière UV.

Image de la boussole PDS 70

Image de la boussole PDS 70. Crédits: Joseph Depasqual (STScI)

Ces observations donnent un aperçu de la formation des géantes gazeuses autour de notre soleil il y a 4,6 milliards d’années. Jupiter s’est peut-être regroupé sur un disque de matière tombante entouré par celui-ci. Ses principales lunes peuvent également s’être formées à partir de restes de nourriture dans ce disque.

Le défi de l’équipe était de surmonter la lueur de l’étoile mère. PDS 70b orbite à peu près à la même distance qu’Uranus orbite du soleil, mais son étoile est 3000 fois plus brillante que la planète aux longueurs d’onde UV. Pendant que Chu traitait les photos, il enleva soigneusement les reflets de l’étoile, ne laissant que la lumière de la planète derrière. Ce faisant, il a affiné les limites de la proximité d’une planète par rapport à son étoile dans les observations de Hubble par un facteur de cinq.

“31 ans après le lancement, nous sommes toujours à la recherche de nouvelles façons d’utiliser Hubble”, a ajouté Bowler. «La stratégie de surveillance et la technologie de post-traitement de Yifan ouvriront de nouvelles fenêtres pour étudier des systèmes similaires, voire le même système, encore et encore avec Hubble. Grâce à des observations futures, nous pouvons découvrir quand la majorité du gaz et de la poussière tomberont sur leurs planètes, et si cela se produit à un rythme régulier. “

Les résultats des chercheurs ont été publiés en avril 2021 dans Le journal astronomique.

Référence: «Le télescope spatial Hubble Mesures UV et Hα des émissions excédentaires cumulées de la petite planète géante PDS 70b» Écrit par Yifan Zou, Brendan P. M Close, Gregory J Hershige et Main Fang, 29 avril 2021, Le journal astronomique.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / abeb7a

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’Agence spatiale européenne (Agence spatiale européenne). Le télescope est exploité par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, Maryland, mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités pour la recherche en astronomie à Washington, DC

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