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Une vue d'artiste du disque de débris riches en poussières en orbite polaire autour de l'étoile binaire HD 98800 B. © University of Warwick/Mark Garlick
ActualitéClassé sous :exoplanètes , disque d'accrétion , système stellaire

Le monde des exoplanètes est beaucoup plus divers qu'on ne l'imaginait sans doute encore il y a 50 ans, au moment où le programme Apollo révolutionnait les sciences planétaires. On observe aujourd'hui un disque protoplanétaire perpendiculaire au plan orbital d'une étoile double, contrairement à celui du Système solaire en formation où ce plan était presque parallèle à celui du jeune Soleil.

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Cette explication laisse de côté certaines questions importantes mais elle permet de comprendre simplement pourquoi ces nuages vont s'aplatir en donnant ce que l'on appelle des disques protoplanétaires. Les planètes vont en effet se former et se déplacer dans le même sens sur les orbites dans ces disques que l'on peut étudier avec des télescopes en orbite comme Hubble et le défunt Herschell, mais aussi sur Terre avec le radiotélescope Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (Alma).

Les observations ont montré que la réalité était en fait bien plus riche que ne le laissent entendre ces simples considérations. D'abord, les étoiles naissent le plus souvent en couple et forment des systèmes binaires, même si certaines de ces étoiles doubles finissent pas se séparer précocement pour continuer leur vie dans la Voie lactée. On connaît aussi des systèmes triples, voire quadruples d'étoiles et à la grande surprise des astrophysiciens, des disques protoplanétaires suffisamment stables pour donner naissance à des exoplanètes en orbite autour d'étoiles binaires ou simplement d'un des membres d'une de ces étoiles doubles.

Une image d'artiste de la vue depuis une exoplanète en formation dans le disque de débris autour de HD 98800 B. © University of Warwick/Mark Garlick 

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Mieux, on constate que certains de ces disques protoplanétaires, ou les disques de débris qui leur succèdent, ne sont presque pas perpendiculaires à l'axe de rotation de l'étoile centrale et peuvent aussi être inclinés par rapport au plan orbital d'une étoile double. On cherche à comprendre ce phénomène depuis quelque temps grâce à des simulations numériques faisant intervenir des perturbations gravitationnelles complexes (citons à cet égard la fameuse résonance de Kozai) et aussi à déterminer sa fréquence et jusqu'à quel point les inclinaisons mises en jeu peuvent se produire à partir d'observations.

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Il s'agit en fait de deux étoiles doubles en orbite l'une autour de l'autre, HD 98800 A et HD 98800 B. En 2007, un disque protoplanétaire a été découvert en orbite autour du HD 98800 B. Comme les chercheurs l'expliquent, il apparaît aujourd'hui que ce disque est perpendiculaire au plan de l'orbite de cette étoile double, et que la matière qu'il contient est sur des orbites polaires. Un résultat démontré pour la première fois mais que l'on attendait sur les bases des simulations numériques.

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En effet, de la surface de telles exoplanètes dans le plan du disque de débris, on ne verrait pas seulement des soleils qui sembleraient entrer et sortir du plan du disque presque perpendiculairement à l'horizon. Les saisons devraient également varier selon les latitudes.

Le Système solaire est un laboratoire pour étudier la formation des planètes géantes et l'origine de la Vie que l'on peut utiliser conjointement avec le reste de l'Univers, observable dans le même but. MOJO : Modeling the Origin of JOvian planets, c'est-à-dire modélisation de l'origine des planètes joviennes, est un projet de recherche qui a donné lieu à une série de vidéos présentant la théorie de l'origine du Système solaire et en particulier des géantes gazeuses par deux spécialistes réputés, Alessandro Morbidelli et Sean Raymond. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Laurence Honnorat

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  • Le télescope Alma vient de donner pour la première fois une preuve solide de l'existence d'un tel phénomène dans le cas du double système binaire HD 98800.
  • Les saisons sur des exoplanètes nées dans un tel disque seront exotiques.
Pour en savoir plus

Article de Laurent Sacco publié le 21/10/2016

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Jusque là, rien d'étonnant. Mais selon les observations faites avec Alma, on n'observe rien de moins que trois disques protoplanétaires avec cette étoile double, deux circumstellaires, donc autour de chaque étoile individuelle, et un circumbinaire, c'est-à-dire autour de l'étoile binaire. Et ce qui n'avait jamais été vu jusqu'à présent, c'est que tous ces disques ne sont clairement pas parallèles.

Ce schéma montre deux petits disques protoplanétaires autour de deux jeunes étoiles, donc circumstellaires, et un grand disque circumbinaire. Les deux étoiles formant le système binaire se déplacent dans un plan orbital indiqué par les flèches et la courbe en tirets. La matière dans les disques est en rotation de sorte que la lumière est décalée vers le rouge si elle s'éloigne d'un observateur et vers le bleu dans le cas contraire. Ceci explique le choix des couleurs pour les disques. © Christian Brinch, NBI, KU  

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Pourtant, on a fini pas découvrir récemment des disques protoplanétaires circumstellaires autour des membres d'étoiles binaires et même des disques circumbinaires supplémentaires. Jusqu'ici, ils étaient dans des plans presque parallèles (plans orbitaux des étoiles comme des disques), comme on pouvait s'y attendre avec la théorie de la formation des étoiles et des planètes. Mais dans le cas de IRS 43, non seulement les disques circumstellaires ne sont pas dans cette configuration mais ils ne sont pas parallèles non plus avec le plan du disque circumbinaire. C'est une première et si des planètes sont en formation dans ces disques, elles auront donc des plans orbitaux non parallèles entre elles et avec celui des étoiles de la binaire.

Le schéma précédent a été déduit des observations faites dans le domaine des micro-ondes par le radiotélescope Alma. Elles sont représentées ici avec le même code de couleur pour les molécules présentes dans les disques (disk) dont les orientations sont représentées par des segments de droite avec tirets. En bas à gauche, notre Système solaire donne l'échelle. © Christian Brinch, NBI, KU 

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Reste à vraiment comprendre comment les disques autour de IRS 43 sont apparus. On sait déjà que les étoiles doubles sont majoritaires dans la Voie lactée où elles naissent par fragmentation et effondrement d'un nuage moléculaire qui donne d'ailleurs simultanément un grand nombre d'étoiles sous la forme d'un amas ouvert. Le mélange de gaz et de poussières peut devenir turbulent lors de ce processus et c'est peut-être là que prennent naissance des mécanismes expliquant la formation des disques de IRS 43, selon les astrophysiciens. Mais si tel est bien le cas, il faudra sans doute avoir recours à des simulations numériques avec des superordinateurs pour y voir clair, car l'analyse de la turbulence des fluides à l'aide de l'équation de Navier-Stokes est notoirement très difficile dans la majorité des cas.

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Gros plan sur la pouponnière d'étoiles de la Patte du Chat  Dans la nébuleuse de la Patte du Chat, la lumière vient des jeunes étoiles. Cette succession d'images a été obtenue par les télescopes Vista (infrarouge), et Apex (domaines millimétrique et submillimétrique), installés dans le désert d'Atacama. © ESO 

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