Les disques protoplanétaires, disques de gaz et de poussières entourant les étoiles jeunes, sont les berceaux des planètes. Pour la première fois, le suivi de bras spiraux imagés dans deux de ces disques a permis de déterminer leur rotation à une précision inégalée, apportant un éclairage inédit sur les différents mécanismes physiques à l’origine de ces spirales. Les deux disques en question entourent les jeunes étoiles AB Aurigae et HD 135344 B. Ces deux études, impliquant des chercheurs du CEA, du CNRS, des universités de Liège et de Bordeaux, ont été publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics (Boccaletti et al. 2026; Latour et al. 2026).
L’observation de disques protoplanétaires avec les plus grands télescopes, tels que le VLT au Chili, est particulièrement pertinente pour comprendre les origines de notre propre Système Solaire et de son cortège de planètes. Grâce à la résolution spatiale et le contraste exceptionnels des instruments du VLT dans l’infrarouge, en particulier SPHERE (instrument le plus utilisé dans ces études), les deux équipes ont pu suivre avec précision la morphologie et l’évolution des structures observées dans deux disques sur plusieurs années. La comparaison des résultats met en évidence des comportements radicalement différents, démontrant que des mécanismes de formation de spirales différents sont à l’œuvre dans des disques différents.
Le cas du disque d’AB Aur
Les images ont été capturées avec l’instrument SPHERE du VLT, qui bloque l’éclat de l’étoile centrale, révélant ainsi le disque qui l’entoure avec un niveau de détail exceptionnel. Trois observations échelonnées sur un intervalle de 4 ans (2019 à 2023) ont permis d’identifier une rotation globale des spirales consistante avec ce qui est attendu des lois de Kepler pour la rotation d’un disque protoplanétaire. Bien que la rotation globale de la matière dans le disque soit régie par la gravité de l’étoile, certaines caractéristiques, comme des « torsions », signalent les endroits où des planètes pourraient se former. Alors que les nouvelles planètes interagissent avec la matière environnante et s’alimentent en gaz et en poussière, elles créent des perturbations qui provoquent ce phénomène alors qu’elles orbitent autour de l’étoile. Ces structures sont mieux visibles sur le côté droit de la vidéo, qui a été traitée pour les mettre en évidence.
https://www.youtube.com/watch?v=Oq1LFRbbcS0, Credit: ESO/A. Boccaletti et al.
Compte tenu également de l’aspect très floconneux des spirales d’AB Aur, tout porte à croire que le mécanisme dominant pour la formation de ces spirales serait l’instabilité gravitationnelle – ce qui peut avoir lieu lorsque le disque est suffisamment massif pour se fragmenter. Dans la partie interne des spirales, à moins de 15 unités astronomiques, un comportement différent est toutefois noté. La rotation y est plus rapide qu’attendue. Cela peut suggérer qu’elles sont causées par la proximité de planètes en formation dans cette partie du disque.
Le cas de HD 135344 B
Un total de 14 observations, obtenues avec 4 instruments différents du VLT et du JWST, échelonnées sur 11 ans (de 2013 à 2024) ont été utilisées.
Il s’agit de l’étude de ce type de plus grande envergure à ce jour. Contrairement aux spirales d’AB Aur, celles de HD 135344 B sont bien définies – avec 2 bras principaux quasi symétriques, et un court bras additionnel dans la partie externe du disque. Dans ce cas-ci, le mouvement des deux bras principaux est globalement plus lent que la rotation du disque, à l’exception d’une section spécifique d’une des spirales où un faisceau d’indices suggère la présence d’une planète en formation.
Ce site, situé à environ 66 unités astronomiques de l’étoile centrale (dénoté par un cercle dans l’animation ci-dessous), montre une discontinuité dans l’angle d’ouverture de la spirale. Ceci est un premier indice de la présence d’une planète, car il est attendu que son effet gravitationnel torde la spirale localement.
Par ailleurs, le mouvement mesuré pour cette section de spirale est notable, et consistant avec la vitesse keplérienne locale, celle attendue pour une planète située au niveau de la discontinuité. Deux indices supplémentaires en faveur d’une planète en formation se trouvent dans les observations complémentaires du système obtenues avec l’interféromètre sub-millimétrique ALMA – qui sonde la distribution de poussière froide dans le disque. Les cartes ALMA révèlent en effet un sillon annulaire (l’effet attendu par une planète creusant la distribution locale de poussière), tel que la discontinuité de la spirale vue en infrarouge tombe précisément au milieu de ce sillon. Qui plus est un mince filament traversant le sillon est également identifié dans les images ALMA à un endroit coïncidant avec la discontinuité de la spirale.
Galerie d’images du disque protoplanétaire de HD 135344B à différentes longueurs d’onde pour plusieurs jeux de données.
L’étoile centrale est masquée et indiquée par un marqueur en forme d’étoile blanche.
Les cercles jaunes indiquent la résolution spatiale de chaque image.
Au total, 14 jeux de données multi-longueur d’onde (pas tous montrés ci-contre) sont utilisés pour l’analyse de la rotation des spirales.
© ESO/NASA/ESA/CSA/J. Latour.
Ce que révèlent l’analyse des spirales pour les 2 étoiles
Dans les deux systèmes, l’analyse des spirales révèle donc des sites potentiels de formation de planètes. Mais dans les deux cas un deuxième mécanisme, différent pour chaque disque, est nécessaire pour expliquer leur morphologie et leur comportement divergents.
Alors que pour AB Aur, le disque massif pourrait être gravitationnellement instable, un suspect potentiel pour expliquer la morphologie et la faible rotation globale des spirales du disque de HD 135344 B serait l’étoile primaire du système – HD 135344 A. Les deux étoiles étant séparées de plus de 3000 unités astronomiques, des simulations sont néanmoins nécessaires afin de démontrer si un tel effet est possible – ce qui fera l’objet d’une étude future.
Ces résultats, plus complexes que prévus dans le cas d’un mécanisme physique unique de formation de spirales, soulignent l’importance de poursuivre les recherches afin de déterminer les mécanismes physiques en jeu dans les disques menant à la formation de planètes, de détecter directement des sites de formation de protoplanètes et comprendre l’interaction dynamique complexe entre les planètes en formation et leur disque natal.
Contacts :
DAp/Irfu: Valentin Christiaens, Eric Pantin
STAR Institute-ULiège: Justin Latour
Bibliographie :
Anthony Boccaletti, Emmanuel Di Folco, Anne Dutrey, Tang Ya-Wen, Stephane Guillotea, Thomas Collin-Dufresne, Anne-Marie Lagrange, Eric Pantin, Jeffrey S. Bary, Nuria Huelamo, Jozsef Varga, Julien Milli, Vincent Pietu, William Danchi, Bin Ren, Clement Baruteau, Mickael Bonnefoy, Tracy Beck, Maud Langlois, Sylvestre Lacour, Bruno Lopez, Alexis Matter, Julien Woillez, Florentin Millour, Matthis Houllé, Philippe Berio, Astronomy & Astrophysics, publié le 1er juin 2026.
Justin Latour, Valentin Christiaens, Olivier Absil, Markus Bonse, Robin Savonet, Sandrine Juillard, Iain Hammond, Simon Casassus, Lucas Cieza, Gabriele Cugno, Célia Desgrange, Sylvestre Lacour, Dimitri Mawet, Matias Montesinos, Sebastian Perez, Christope Pinte, Maddalena Reggiani, Tomas Stolker, Nienke van der Marel, and Alice Zurlo, accepté pour publication le 1er juin 2026.