eso1821fr — Communiqué de presse scientifique

Première image confirmée d’une protoplanète acquise par le VLT de l’ESO

Le spectre révèle une atmosphère nuageuse

SPHERE, un instrument chasseur d’exoplanètes installé sur le Very Large Telescope de l’ESO, a capturé la toute première image confirmée d’une protoplanète en formation dans le disque de poussière d’une jeune étoile. La jeune planète trace un chemin au travers du disque primordial de gaz et de poussière qui entoure la très jeune étoile baptisée PDS 70. Les données obtenues suggèrent que la planète est dotée d’une atmosphère nuageuse.

Des astronomes pilotés par un groupe de l’Institut Max Planck dédié à l’Astronomie à Heidelberg en Allemagne, ont capturé une spectaculaire image de la formation d’une planète autour de la jeune étoile naine PDS 70. Grâce à l’instrument SPHERE qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO – l’un des chasseurs d’exoplanètes les plus performants à l’heure actuelle – l’équipe internationale a effectué la toute première détection robuste d’une jeune planète baptisée PDS 70b, creusant un sillon dans le disque de matière entourant la jeune étoile [1].

L’instrument SPHERE a par ailleurs permis à l’équipe de mesurer la brillance de la planète à différentes longueurs d’onde, ce qui a conduit à la détermination des propriétés de son atmosphère.

La planète se détache nettement des nouvelles observations. Elle apparaît sous la forme d’un point brillant situé à droite de la zone centrale et sombre de l’image. Elle se situe à quelque trois milliards de kilomètres de l’étoile centrale, ce qui équivaut à la distance séparant Uranus du Soleil. L’analyse montre que PDS 70b est une géante gazeuse dotée d’une masse supérieure à plusieurs fois la masse de Jupiter. La température de surface de la planète avoisine les 1000 degrés Celsius, ce qui est largement supérieur à celle de toute planète de notre Système Solaire.

La région sombre au centre de l’image témoigne de l’utilisation d’un coronographe, ou masque qui bloque la lumière aveuglante en provenance de l’étoile centrale et permet aux astronomes de détecter le disque de luminosité moindre ainsi que son compagnon planétaire. En l’absence de ce masque, la faible lueur issue de la planète se trouverait noyée dans l’intense luminosité de PDS 70.

“Ces disques qui encerclent les jeunes étoiles constituent de véritables cocons planétaires. A ce jour toutefois, seule une poignée d’observations ont conduit à la détection de protoplanètes en leur sein” précise Miriam Keppler, qui dirige l’équipe à l’origine de la découverte de la protoplanète PDS 70. “Jusqu’à présent, la plupart de ces planètes candidates pouvaient n’être que des artefacts du disque.”

La découverte du jeune compagnon de PDS 70 constitue un résultat scientifique d’importance qui mérite déjà d’être approfondi. Ces derniers mois, une seconde équipe impliquant de nombreux astronomes ayant contribué à la découverte, y compris Keppler, a étudié le jeune compagnon planétaire de PDS 70 dans le détail. Elle a acquis cette spectaculaire image de la planète, et obtenu un spectre de la planète. L’analyse de ce spectre conduit à penser que son atmosphère est nuageuse.

Le compagnon planétaire de PDS 70 a sculpté un disque de transition – un disque protoplanétaire percé en son centre. Ces trous internes sont connus depuis des décennies et attribués aux interactions entre disque et planète. Il est désormais possible d’observer la planète.

“Les résultats de Keppler ouvrent une nouvelle fenêtre de compréhension sur les premières étapes de l’évolution planétaire” ajoute André Müller, chef de la seconde équipe chargée d’étudier la jeune planète. “Il nous était nécessaire d’observer une planète dans le disque d’une jeune étoile pour réellement comprendre les processus à l’origine de la formation planétaire”. La détermination des propriétés physiques et atmosphériques de la planète permet aux astronomes de tester les modèles théoriques de la formation planétaire.

Cet aperçu de la naissance d’une planète enveloppée de poussière résulte des impressionnantes capacités technologiques de l’instrument SPHERE de l’ESO, dédié à l’étude des exoplanètes et des disques qui entourent des étoiles proches au moyen d’une technique d’imagerie à contraste élevé – un défi de taille. Bien qu’il bloque la lumière en provenance d’une étoile avec un coronographe, SPHERE doit utiliser d’intelligentes stratégies d’observation et des techniques de traitement de données pour filtrer le faible signal lumineux émis par les compagnons planétaires autour des jeunes étoiles brillantes [2] à différentes longueurs d’onde et à diverses époques.

Thomas Henning, directeur de l’Institut Max Planck dédié à l’Astronomie et chef de l’équipe, résume ainsi l’aventure scientifique : “Après plus d’une dizaine d’années consacrées à la fabrication de cet instrument high-tech, SPHERE récolte une moisson de données et découvre des protoplanètes !”

Notes

[1] Les images du disque et de la planète d’une part, le spectre de la planète d’autre part, ont été acquis durant deux campagnes d’observation baptisées SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) et (sphere survey for circumstellar DISK) . SHINE a pour objectif de photographier 600 étoiles jeunes et peu lointaines dans le proche infrarouge grâce à la haute résolution angulaire et contrastée de SPHERE, dans le but de découvrir et de caractériser de nouvelles exoplanètes et donc de nouveaux systèmes planétaires. DISK explore les jeunes systèmes planétaires connus ainsi que leurs disques circumstellaires dans le but d’étudier les conditions initiales de la formation planétaire ainsi que l’évolution des architectures planétaires.

[2] Afin d’extraire le faible signal planétaire, les astronomes utilisent une méthode complexe basée sur la rotation de la Terre. Dans ce cadre, SPHERE acquiert en continu des images de l’étoile sur plusieurs heures, tout en maintenant l’instrument aussi stable que possible. En conséquence, la planète semble lentement tourner, sa position sur l’image se déplaçant par rapport au halo stellaire. Des algorithmes numériques sophistiqués permettent de combiner les images individuelles, de sorte que l’ensemble des zones fixes de l’image, tel le signal de l’étoile, se trouve filtré. Ne subsistent ainsi que les zones de l’image caractérisées par un déplacement apparent – rendant la planète visible.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l’objet de deux articles intitulés “Discovery of a planetary-mass companion within the gap of the transition disk around PDS 70” et “Orbital and atmospheric characterization of the planet within the gap of the PDS 70 transition disk”, à paraître au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

L’équipe à l’origine de l’article présentant cette découverte est composée de M. Keppler (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Benisty (Univ. Grenoble, France and Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, Chile), A. Müller (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), Th. Henning (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), R. van Boekel (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), F. Cantalloube (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), C. Ginski (Leiden Observatory, The Netherlands), R.G. van Holstein (Leiden Observatory, The Netherlands), A.-L. Maire (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), A. Pohl (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Samland (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), H. Avenhaus (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), J.-L. Baudino (Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK), A. Boccaletti (LESIA, Observatoire de Paris, France), J. de Boer (Leiden Observatory, The Netherlands), M. Bonnefoy (Univ. Grenoble, France), S. Desidera (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), M. Langlois (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Marseille, France and CRAL, UMR 5574, CNRS, Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, France), C. Lazzoni (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), N. Pawellek (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), T. Stolker (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), A. Vigan (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Marseille, France), T. Birnstiel (University Observatory, Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians- Universität München, Germany), W. Brandner(Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), G. Chauvin (Univ. Grenoble, France and Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, Chile), M. Feldt (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Flock (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA and Kavli Institute For Theoretical Physics, University of California, USA), J. Girard(Univ. Grenoble, France and ESO, Chile), R. Gratton (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), J. Hagelberg (Univ. Grenoble, France), A. Isella (Rice University, Department of Physics and Astronomy, USA), M. Janson (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany and Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden), A. Juhasz (Institute of Astronomy, Cambridge, UK), J. Kemmer (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), Q. Kral (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, France and Institute of Astronomy, Cambridge, UK), A.-M. Lagrange (Univ. Grenoble, France), R. Launhardt (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), G. Marleau (Institut für Astronomie und Astrophysik, Eberhard Karls Universität Tübingen, Germany and Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany) A. Matter (Université Côte d’Azur, OCA, CNRS, France), F. Ménard (Univ. Grenoble, France), J. Milli (ESO, Chile), P. Mollière (Leiden Observatory, The Netherlands), C. Mordasini (Physikalisches Institut, Universität Bern, Switzerland), J. Olofsson (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany, Instituto de Física y Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Valparaíso, Chile, and Núcleo Milenio Formación Planetaria - NPF, Universidad de Valparaíso, Chile), L. Pérez (Max-Planck-Institute for Astronomy, Bonn, Germany and Universidad de Chile, Departamento de Astronomia, Chile), P. Pinilla (Department of Astronomy/Steward Observatory, University of Arizona, USA), C. Pinte (Univ. Grenoble, France, UMI-FCA, CNRS/INSU, France (UMI 3386), and Dept. de Astronomía, Universidad de Chile, Chile, and Monash Centre for Astrophysics (MoCA) and School of Physics and Astronomy, Monash University, Australia), S. Quanz (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), T. Schmidt (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), S. Udry (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), Z. Wahhaj (ESO, Chile), J. Williams (Institute for Astronomy, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, USA), A. Zurlo (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France, Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile, Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile), E. Buenzli (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), M. Cudel (Univ. Grenoble, France), R. Galicher (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), M. Kasper (ESO, Germany), J. Lannier (Univ. Grenoble, France), D. Mesa (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy and INCT, Universidad De Atacama, Copiapó, Chile), D. Mouillet (Univ. Grenoble, France), S. Peretti (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), C. Perrot (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, France), G. Salter (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), E. Sissa (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), F. Wildi (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), L. Abe (Université Côte d’Azur, OCA, CNRS, Lagrange, France), J. Antichi (INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italy), J.-C. Augereau (Univ. Grenoble, France), P. Baudoz (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, France), J.-L. Beuzit (Univ. Grenoble, France), P. Blanchard (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), S. S. Brems (Landessternwarte Königstuhl, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Germany), M. Carle (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), A. Cheetham (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), A. Costille (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), A. Delboulbé (Univ. Grenoble, France), C. Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, The Netherlands), P. Feautrier (Univ. Grenoble, France), L. Gluck (Univ. Grenoble, France), D. Gisler (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), Y. Magnard (Univ. Grenoble, France), D. Maurel (Univ. Grenoble, France), M. Meyer (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), T. Moulin (Univ. Grenoble, France), T. Buey (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), A. Baruffolo (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), A. Bazzon (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), V. De Caprio (INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Italy), M. Carbillet (Université Côte d’Azur, OCA, CNRS, Lagrange, France), E. Cascone (INAF - Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Italy), R. Claudi (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), K. Dohlen (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), D. Fantinel (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), T. Fusco (ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales), France), E. Giro (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), C. Gry (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), N. Hubin (ESO, Germany), E. Hugot (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), M. Jaquet (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), D. Le Mignant (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), M. Llored (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), O. Möller-Nilsson (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), F. Madec (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), P. Martinez (Université Côte d’Azur, OCA, CNRS, Lagrange, France), L. Mugnier (ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales), France), A. Origné (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), P. Puget (Univ. Grenoble, France), D. Perret (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), J. Pragt (NOVA Optical Infrared Instrumentation Group, Dwingeloo, The Netherlands), F. Rigal (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, The Netherlands), R. Roelfsema (NOVA Optical Infrared Instrumentation Group, Dwingeloo, The Netherlands), A. Pavlov (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), C. Petit (ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales), France), G. Rousset (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), J. Ramos (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), P. Rabou (Univ. Grenoble, France), S. Rochat (Univ. Grenoble, France), A. Roux (Univ. Grenoble, France), B. Salasnich (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy),C. Soenke (ESO, Germany), E. Stadler (Univ. Grenoble, France), J.-F. Sauvage (ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales), France), M. Suarez ( INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italy), A. Sevin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), M. Turatto (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), L. Weber (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland).

L’équipe à l’origine de l’article présentant la caractérisation est composée d’A. Müller (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Keppler (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), Th. Henning (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Samland (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), G. Chauvin (Univ. Grenoble Alpes, France and Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU Universidad de Chile, Chile), H. Beust (Univ. Grenoble Alpes, France), A.-L. Maire (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), K. Molaverdikhani (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), R. van Boekel (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, France and Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS/INSU Universidad de Chile, Chile), A. Boccaletti (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), M. Bonnefoy (Univ. Grenoble Alpes, France), F. Cantalloube (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), B. Charnay (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), J.-L. Baudino (Department of Physics, University of Oxford, UK), M. Gennaro (Space Telescope Science Institute, USA), Z. C. Long (Space Telescope Science Institute, USA), A. Cheetham (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), S. Desidera (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), M. Feldt (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), T. Fusco (DOTA, ONERA, Université Paris Saclay, and Aix Marseille Université, CNRS, LAM Marseille, France), J. Girard (Univ. Grenoble Alpes, France and Space Telescope Science Institute, USA), R. Gratton (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), J. Hagelberg (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), M. Janson (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany and Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden), A.-M. Lagrange (Univ. Grenoble Alpes, France), M. Langlois (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Marseille, France and CRAL, UMR 5574, CNRS, Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, France), C. Lazzoni (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), R. Ligi (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Italy), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, France), D. Mesa (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy and INCT, Universidad De Atacama, Copiapó, Atacama, Chile), M. Meyer (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland and Department of Astronomy, University of Michigan, USA), P. Mollière (Leiden Observatory, Leiden University, the Netherlands), C. Mordasini (Physikalisches Institut, Universität Bern, Switzerland), T. Moulin (Univ. Grenoble Alpes, France), A. Pavlov (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), N. Pawellek (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany and Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Hungarian Academy of Sciences, Hungary), S. Quanz (Institute for Particle Physics and Astrophysics, ETH Zurich, Switzerland), J. Ramos (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), D. Rouan (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC, Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, France), E. Sissa (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova, Italy), E. Stadler (Univ. Grenoble Alpes, France), A. Vigan (Aix Marseille Univ, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France), Z. Wahhaj (ESO, Chile), L. Weber (Geneva Observatory, University of Geneva, Switzerland), A. Zurlo (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile, Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile).

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1821.