TW Hydrae est une très jeune étoile, relativement proche de nous et positionnée de telle sorte qu'elle nous montre son disque protoplanètaire en entier, de face. Des observations d'Hubble réalisées ces seize dernières années indiquent une anomalie dans sa luminosité. Quelque chose de très étendu bouge tout autour de l'étoile. Une équipe qui l'a étudiée pense qu'il s'agit d'une ombre. Mais l'ombre de quoi ?

Depuis plusieurs années, TW Hydrae, qui, comme son nom l'indique, se situe dans la constellation de l'Hydre, est au centre de l'attention de nombreux astronomes étudiant la formation de systèmes planétaires. Il faut dire que cette étoile un peu moins massive que notre Soleil présente beaucoup de qualités pour les chercheurs. D'abord, elle n'est pas très loin -- environ 192 années-lumière --, ensuite elle est très jeune -- seulement 8 millions d'années --, et enfin, grand avantage sur d'autres disques protoplanètaires dans notre voisinage galactique, le sien est visible tout entier (ou presque), de face.

Comme en témoignent les observations régulières et toujours plus détaillées réalisées avec différents télescopes dans plusieurs longueurs d'onde, il s'en passe des choses là-bas. Et en effet, étant donné son jeune âge, le disque de gaz et de poussière est en train de mettre bas à ses premières planètes. Un nouvel indice repéré par une équipe du STSI (Space Telescope Science Institute) étaye l'hypothèse émise suite aux observations d'Alma qu'un corps planétaire est en train de faire le ménage sur son orbite, à environ 160 millions de kilomètres de son étoile.

Animation composée d’images couvrant 16 années d’observation de TW Hydrae (1999 à 2015). Le rond noir central masque l’étoile sur un rayon d’environ 1,6 milliard de km. La tache sombre se déplace tout autour de l’astre âgé de moins de 10 millions d’années. © Nasa

Une orbite de 16 ans

Intrigué pour la première fois il y a 12 ans par des différences de luminosité dans le disque protoplanètaire de TW Hydrae sur les images prises avec Hubble, John Debes (du STSI) est revenu sur les données du télescope spatial archivées depuis 1999 sur cette étoile.

Avec son équipe, il a constaté que, sur une période de 16 ans, la tache plus sombre que le reste a fait un tour complet. C'est un temps relativement court qui n'est pas vraiment en accord avec la probabilité que ce qui la compose appartienne à cette partie du disque protoplanétaire. Dans ces régions lointaines, en effet, la rotation des matériaux est supposée prendre plusieurs siècles. À noter que le coronographe STIS d'Hubble cache l'étoile centrale et tout ce qui l'entoure jusqu'à 1,6 milliard de kilomètres, une distance équivalente qui sépare Saturne du Soleil.

De quoi peut-il s'agir alors ? « La meilleure explication est que cette caractéristique est une ombre se déplaçant à travers la surface du disque » déclare John Debes. Une ombre ? mais une ombre de quoi ?

Une jeune Jupiter est peut-être à l’origine de l’inclinaison du disque interne autour de l’étoile TW Hydrae. L’ombre de celui-ci se projette dans une direction sur le reste du système. © Nasa

Des matériaux poussés par une jeune planète invisible

Pour obtenir une ombre sur le disque externe que l'on distingue sur les images d'Hubble, le plus probable est que le disque interne soit incliné (voir schéma ci-dessus), estiment les chercheurs. Pour eux, cela ne peut-être que l'œuvre d'un corps en pleine croissance, aussi massif que Jupiter, qui, dans cette région, baratte les matériaux (poussières, planétésimaux, etc.). Ce serait justement à l'endroit où Alma a observé en 2016 un large sillon subdivisant le disque à une distance voisine de celle qui sépare la Terre su Soleil.

« Le scénario le plus plausible est l'influence gravitationnelle d'une planète invisible, qui tire le matériau hors du plan du disque et tord le disque interne » soutient le principal auteur de ces recherches. Celle-ci, relativement proche de l'étoile, échappe encore aux regards des télescopes actuels.

Grande doit être l'exaltation que doivent ressentir les astronomes qui, depuis notre monde né il y a 4,6 milliards d'années, assistent à la formation d'un système planétaire qui pourrait, qui sait ?, ressembler au nôtre... Rien qu'en regardant la partie externe de ce disque, les chercheurs parviennent à deviner ce qui se trame à l'intérieur, à l'abri des regards. TW Hydrae a beaucoup à nous apprendre sur nos origines.

Pour en savoir plus

Alma voit-il une Terre en train de se former ?

Article de l'ESO publié le 09/04/2016

Une nouvelle image acquise avec Alma montre les détails les plus fins jamais observés dans le disque de formation planétaire autour de la très jeune TW Hydrae. Elle révèle un vide très intéressant situé à une distance de l'étoile équivalente à celle de la Terre avec le Soleil. Pour les chercheurs, il est possible qu'une planète ressemblant à la Terre soit en train de s'y développer.

L'étoile TW Hydrae est une cible d'étude régulière pour les astronomes, car elle est relativement proche de la Terre - environ 175 années-lumière - et âgée de seulement 10 millions d'années. En outre, du point de vue de la Terre, elle est visible du dessus, offrant ainsi aux astronomes la possibilité de la discerner sans déformation, ce qui est assez rare pour un disque protoplanétaire complet.

« Les précédentes études effectuées avec des télescopes optiques et radios confirment que TW Hydrae héberge un important disque avec des structures qui suggèrent fortement que des planètes sont en train de se former » a rappelé Sean Andrews du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge (Massachusetts) et auteur principal de l'article publié dans The Astrophysical Journal Letters. « Les nouvelles images d'Alma montrent le disque avec des détails sans précédent, révélant une série d'anneaux de poussière brillante et de creux sombres concentriques comportant d'intrigantes structures qui pourraient indiquer qu'une planète avec une orbite semblable à celui de la Terre est en train de s'y former. »

D'autres anneaux sombres bien marqués sont observés à quelque 3 milliards et 6 milliards de kilomètres de l'étoile au centre, une distance similaire à celles, en moyenne, qui séparent le Soleil d'Uranus et de Pluton dans notre Système solaire. Ces sillons sont probablement aussi le fruit des particules qui se sont agglomérées pour former des planètes qui ont ensuite balayé de leur orbite la poussière et le gaz, et concentré la matière résiduelle sur des bandes bien définies.

Image d’Alma du disque protoplanétaire autour de la jeune TW Hydrae que l’on a la chance de voir du dessus. L’encadré en haut à gauche agrandit sur l’anneau sombre le plus proche de l’étoile. Sa distance est équivalente à celle entre la Terre et le Soleil. Peut-être s’y cache-t-il un embryon d’une Terre ou d’une super-terre ? © S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), Alma (ESO/NAOJ/NRAO)

Ce système planétaire ressemblera-t-il au nôtre ?

Pour les nouvelles observations de TW Hydrae, les astronomes ont saisi la très faible émission radio des grains de poussière de taille millimétrique dans le disque, révélant des détails de l'ordre de la distance correspondant à celle de la Terre au Soleil (une unité astronomique, soit environ 150 millions de kilomètres). Ces observations ont été obtenues grâce à la haute résolution d'Alma, vaste réseau (sub-)millimétrique de l'Atacama, dans sa configuration de longue base. Quand ses antennes sont séparées au maximum, jusqu'à 15 kilomètres l'une de l'autre, le télescope est capable d'augmenter sa résolution. D'ailleurs, « c'est la plus grande résolution spatiale jamais imagée par Alma d'un disque protoplanétaire. Ce résultat sera difficile à battre dans le futur ! » estime Sean Andrews.

« TW Hydrae est vraiment spéciale. C'est le disque protoplanétaire le plus proche de la Terre connu et il ressemble très probablement de très près au Système solaire quand il n'avait que 10 millions d'années, » a déclaré David Wilner, également du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, un des coauteurs de l'étude.

De précédentes observations d'Alma du système HL Tauri, montrent que même de plus jeunes disques protoplanétaires - âgés d'un million d'années - peuvent arborer des signatures similaires de formation planétaire. En étudiant le disque de TW Hydrae, les astronomes espèrent mieux comprendre l'évolution de notre propre planète et aussi découvrir dans quelle mesure ces types de structures sont habituelles, comment elles peuvent évoluer en fonction du temps et de l'environnement, et rechercher des systèmes similaires dans la Voie lactée.

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