Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

De la difficulté d’imager les sites de formation des planètes

Les planètes de notre système solaire se sont formées il y a 4.55 milliards d’années au sein d’un disque formé à 99% de gaz et 1% de poussières.  Malgré ce paradigme communément admis, détecter les indices des sites de formation de planètes au sein de disques proto-planétaires autour d’étoiles autre que le Soleil reste une tâche difficile. Au-delà des contraintes observationnelles sont sans doute posés des aspects et raisons plus fondamentaux. A titre d’exemple, nous n’avons à ce jour qu’un exemple d’observation de planètes en phase terminale de formation dans le système PDS70, un système jeune (5.4 millions d’années) et proche (113 pc).
Les modèles théoriques de formation de planètes géantes supposent l’existence d’une zone de quelques rayons planétaires appelée “disque circum-planétaire”. Cette zone concentre la matière provenant du disque proto-planétaire avant qu’elle ne soit accrétée sur la planète pour participer à sa croissance. Cette zone en forme de “S” est attendue à l’intersection de 2 ondes spirales dans le disque protoplanétaire, l’une allant vers l’étoile, et l’autre s’étendant jusqu’aux confins du disque.

Zoom fin sur une torsion au sein du disque de AB Aurigae

Motivées par des caractéristiques atypiques d’un disque proto-planétaire observé avec l’instrument ALMA, les observations du disque protoplanétaire autour de l’étoile AB Aurigae (située à une distance de 162 pc) ont remarquablement révélé la présence de cette structure en S, située au point de convergence de deux bras spiraux et présentant exactement les caractéristiques attendues d’un disque circum-planétaire. Par là-même, cette remarquable et unique observation valide un scénario de formation de planètes. Ce résultat n’a été possible que grâce aux performances de l’instrument SPHERE de l’ESO qui dans ce cas précis a utilisé un procédé d’occultation permettant de s’affranchir de la lumière aveuglante de l’étoile et ce de façon à cartographier sa périphérie dont son disque proto-planétaire.

Un cas d’école pour l’instrument METIS

Ce résultat constitue une étape importante dans la compréhension de la formation des sites où naissent les planètes. Au-delà de la détection indirecte d’exo-planètes, extrêmement fructueuse depuis quelques années grâce à une panoplie d’outils d’observation, il devient concevable aujourd’hui de pouvoir faire des images directes des sites de formations et d’en déduire leurs propriétés physiques.
Le projet d’instrument ELT/METIS auquel contribue le CEA/IRFU est dans ce cadre un atout car capable d’observer bien d’autres disques de ce type autour d’autres étoiles jeunes. En révélant les caractéristiques fines des sites de formation, il permettra de mieux comprendre les phases de croissance des planètes géantes.

Contact CEA: Eric Pantin

Publication :
 « Are we witnessing ongoing planet formation in AB Aurigae? A showcase of the SPHERE/ALMA synergy», A. Boccaletti, E. Di Folco, E. Pantin, A. Dutrey, S. Guilloteau, Y. W. Tang, V. Piétu, E. Habart, J. Milli, T. L. Beck, A.-L. Maire
to be published in Astronomy and Astrophysics
Voir l'article  : https://arxiv.org/abs/2005.09064

Voir également :
Le communiqué de presse de l'ESO

Rédaction: Eric Pantin, Christian Gouiffès